機(jī)器之心報(bào)道

編輯：小舟

Shane Wighton：忙活倆月，拼成一個(gè) 5 分鐘能完成的拼圖。

拼圖是一種常見的益智游戲，能幫助人們安靜下來，放松身心。但如果拼圖塊數(shù)非常多，游戲也可能會(huì)變成煩惱。且不說花費(fèi)的時(shí)間，長時(shí)間低頭拼圖，頸椎也可能吃不消。對(duì)大多數(shù)人來說，完成一副上千、上萬塊的拼圖絕對(duì)是一個(gè)難度不小的挑戰(zhàn)。

而 Youtube 博主 Shane Wighton 就是一個(gè)愛解決難題的人。他總是能想方設(shè)法地讓這些挑戰(zhàn)變得輕而易舉，例如他的百發(fā)百中系列，讓投籃、射箭都如囊中取物一般簡單。現(xiàn)在他又把目光放在了拼拼圖這件事上。

事情是這樣的，Wighton 拿到了一幅 1000 塊的「純白地獄」拼圖，塊數(shù)雖然不是特別多，但拼圖是純白色沒有圖案的，幾乎不可能用組合圖案的方法拼成功。

難題這不就來了嗎，我們來看看 Wighton 是怎么解決的。

Wighton 先準(zhǔn)備了一幅 5000 塊的漸變色拼圖，然后根據(jù)這幅拼圖的尺寸建造了一塊操作桌板：

設(shè)想的「圖紙」大概如下圖所示，桌板的兩側(cè)有兩條縱向滑道，中間有一條橫向滑道，這樣的設(shè)計(jì)是為了方便移動(dòng)拼圖塊：

然后就是熟悉的重工制造環(huán)節(jié)，木板、水泥，電鉆：

桌板上的滑道部分如下圖所示：

滑道上方裝有操縱拼圖的「抓手」，抓手底部是用黑膠吸盤吸附拼圖塊的：

注意到這里拼圖是可以 360 度旋轉(zhuǎn)方向的，這是因?yàn)樽ナ稚戏接袃蓚€(gè)滑輪組成的傳動(dòng)鏈條。抓手可以帶著拼圖上下移動(dòng)是因?yàn)樯隙擞幸粋€(gè)彈簧來控制抓手的整體伸縮。

而抓手底端吸附拼圖的吸盤是通過類似于吸塵器的空氣鼓吹原理來控制的。

當(dāng)吸盤和拼圖之間接近真空時(shí)，拼圖就被吸住，反之二者之間有空氣縫隙時(shí)，拼圖就會(huì)掉落。

到了這一步，操縱拼圖的機(jī)械部分就基本完成了，下面的任務(wù)就是如何讓各塊拼圖準(zhǔn)確排放組合。

這里就要考慮拼拼圖的一些細(xì)節(jié)，例如拼圖的形狀會(huì)影響吸盤吸附的位置：

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而關(guān)鍵的問題是準(zhǔn)確定位每一塊拼圖的位置。于是 Wighton 想起了百發(fā)百中那套「鷹眼」系統(tǒng)。這次他把反光球固定在拼圖抓手的上方，借助 OptiTrack 動(dòng)作捕捉相機(jī)定位反光球，即拼圖塊的位置：

但即使能準(zhǔn)確定位拼圖塊的位置，拼成拼圖依然不是一件容易的事。人們?cè)谄磮D時(shí)通常會(huì)找到形狀邊緣大致吻合的拼圖塊嘗試拼到一起，但可能需要嘗試多次才能找到正確的答案。因?yàn)閮蓧K看似能拼到一起的拼圖，實(shí)際組合時(shí)卻存在明顯的縫隙，并不合適：

所以要想讓機(jī)器自動(dòng)完成拼圖，需要一遍遍地嘗試。而且，當(dāng)拼圖全部堆在一起時(shí)，操縱抓手無法取用它們。

因此，Wighton 首先借助螺旋的原理構(gòu)造了一個(gè)能夠自動(dòng)上升和下降的管道式工具，方便操縱抓手一塊塊地取用拼圖，塊數(shù)較多的拼圖則需要使用多個(gè)管道。

然后，Wighton 編寫計(jì)算機(jī)程序，讓機(jī)器從最右下角的一塊開始，從右到左，從下到上放置拼圖塊，直到放完左上角最后一塊拼圖。

Wighton 一遍遍運(yùn)行程序來嘗試拼圖，直到找到正確的拼圖塊順序和方向。當(dāng)然，成功之前失敗了很多次：

其中一次拼圖順序正確，但幾塊拼圖的位置略有重疊：

于是 Wighton 優(yōu)化了一下程序，就成功完成了一幅 9 塊的拼圖：

但這種多次嘗試的方法顯然效率太低，不夠智能。Wighton 表示這只是拼圖機(jī)器人的第一階段，后續(xù)還將持續(xù)改進(jìn)。例如，Wighton 嘗試給拼圖塊的邊緣輪廓分類，這或許能提升拼圖的速度和效率。

最后，Wighton 還是給自己的妻子展示了一幅約 50 塊的拼圖：

但他和妻子顯然都不太滿意，我們期待 Wighton 的后續(xù)工作。