طرز کار مکعب ۳*۳*۳

مکعب روبیک یک پازل مکانیکی است که در سال ۱۹۷۴ توسط یک مجسمه‌ساز و پروفسور معماری مجارستانی به نام ارنو روبیک ابداع شد. مکعب روبیک دارای ۲۶ قطعه مکعب کوچک می‌باشد که با مکانیزمی بهم متصل شده‌اند و مکعب را قادر می‌سازد در تمامی وجه‌ها بچرخد. مکعب روبیک استاندارد در هر وجه یک رنگ متمایز دارد و هدف بازی بهم ریختن رنگهای مکعب و کامل کردن رنگ مکعب می‌باشد بطوری که تمامی وجهای مکعب یک رنگ باشند. در رنگ بندی کلاسیک روبیک رنگها بصورت (زرد مقابل سفید، آبی مقابل سبز و نارنجی مقابل قرمز)است در رنگبندی ژاپنی (آبی مقابل سفید) می‌باشد که مکعب بازان حرفه ای(cuber) ژاپنی از این رنگ بندی استفاده می‌کنند.
مکعب روبیک از سه قطعه تشکیل شده ۶مهره مرکزی، ۱۲ مهرهای لبه و ۸ مهره گوشه‌ای و یک هسته مرکزی با ۶ بازو که محل اتصال مهرهای مرکزی می‌باشد. البته امروزه ساختارهای دیگری از مکعب روبیک ساخته شده که اندکی با ساختار مکعب کلاسیک فرق دارد. البته روبیک بدون مرکز نیز ساخته شده که از خلاقیتهای(«Katsuhiko Okamoto»(یکی از مخترعین بازی‌ها) می‌باشد.
مکعب روبیک انواع رنگبندی‌ها و اشکال مختلفی دارد که از آن جمله می‌توان به (مکعب روبیک سودوکو، مکعب روبیک ماز، مکعب روبیک آینه‌ای (حجمی)، مکعب روبیک حرفه‌ای (super cube)، کره روبیک،....
البته مکعب روبیک الکتریکی(با قابلیت لمسی) نیز ساخته شده که ساختار جالبی دارد.

قبل از اختراع

در ماه مارس سال ۱۹۷۰، اواین بار لری نیکولاس مکعب ۲×۲×۲ را اختراع کرد که قطعه‌های آن با آهنربا به هم متصل بودند که قابلیت چرخش در تمام سطح‌ها را داشت وی این مکعب را در۱۱ آوریل سال ۱۹۷۲، یعنی دو سال قبل از اختراع مکعب روبیک در کانادا به ثبت رساند. در تاریخ ۹ آوریل سال ۱۹۷۰، فرانک فاکس نیز مکعبی (۳*۳*۳) با ساختار کروی را اختراع نمود و آن را در تاریخ ۱۶ ژانویه ۱۹۷۴ در بریتانیا به ثبت رساند.

مکعب جادویی روبیک اختراع شد

در اواسط سالهای ۱۹۷۰ ارنو روبیک مجسمه ساز و استاد معماری در کالج هنرهای کاربردی در بوداپست به دنبال ابزار آموزشی برای کمک به هنر جویان خود برای درک اشیا سه بعدی بود. وی هنرجویان را ترغیب می‌کرد با استفاده از کاغذ، مقوا، چوب و... ایده‌های خود را پیاده سازی کنند. خود او در همین سالها روی مکعب و اشکال هندسی مختلف کار می‌کرد و اولین بار در سال ۱۹۷۰ تحقیقات خود در مورد مکعب را ارائه داد و در سال ۱۹۷۴ مکعب جادویی خود را که با چوب ساخته شده بود خلق کرد و آنرا در مجارستان به ثبت رساند و در اواخر سال ۱۹۷۷ این بازی در کشور مجارستان تولید و منتشر شد. مکعب روبیک بر خلاف مکعب نیکولاس دارای ساختار مکانیکی بسیار جالب و خلاقانه‌ای بود بطوری که تمام قطعات مکعب به راحتی می‌توانستند حرکت کنند بدون اینکه از مکعب جدا شوند.

در سپتامبر سال ۱۹۷۹ این مکعب به عنوان یک اسباب بازی ایده آل شناخته شد و رفته رفته به عنوان محبوبترین بازی فکری در آن زمان معروف شد تا جایی که در نمایشگاه بین المللی اسباب بازی در لندن برای اولین بار به جهان معرفی شد و در ژانویه و فوریه ۱۹۸۰ در نمایشگاه‌های پاریس، نیو یورک و نورنبرگ به نمایش گذاشته شد. مکعب جادویی روبیک جهانی شد. در ان زمان این مکعب به نام «مکعب جادویی» معروف بود تا اینکه اولین بار دیوید ساینمستر استاد ریاضیات دانشگاه لندن کتابی در مورد حل مکعب روبیک نوشت و ارتباط آن با نظریه گروهها را بیان کرد و در آن کتاب این مکعب را به نام «مکعب روبیک» معرفی نمود و این نام خیلی زود جایگزین نام قبلی شد.

اختلاف برای اختراع

تا سال ۱۹۸۱، ارنو روبیک در حال ساخت و طراحی چند اختراع دیگر بود (مکعب ۲*۲*۲ و مکعب دومینو و مجیک، مار جادویی،...)و در همین سال دومین اختراع خود یعنی مکعب ۲*۲*۲ را(که به نام مکعب جبیی معروف است) ثبت نمود. نیکولاس در سال ۱۹۸۲ از شرکت اسباب بازی اید ه آل شکایت کرد تا روبیک امتیاز ثبت اختراع مکعب ۲*۲*۲(مکعب جیبی) را از آن او کند اما با توجه به قانون ثبت اختراع به علت ساختار متفاوت مکعب ۲*۲*۲ روبیک، مکعب ۲*۲*۲ (روبیک جیبی) به نام ارنو روبیک ثبت شد.
یک سال بعد از اختراع و خلق مکعب روبیک (سال ۱۹۷۵) یک مهندس ژاپنی به نام «تروتوشی ایشیگی» به فکر مشابهی افتاد و مکعب ۳*۳*۳ خود را در ژاپن به ثبت رساند اما اختراع مکعب روبیک به نام ارنو رویک مورد قبول عام قرار گرفت.
امروز ساختارهای متفاوتی از مکعب ۳*۳*۳ ساخته شده که می‌توان گفت ایده اصلی آن از مکعب روبیک الهام گرفته‌است به غیر از مکعب بدون مرکز(void cube) که از خلاقیتهای مهندسان ژاپنی است.

انواع دیگر مکعب

امروز مکعبها و اشکال قابل چرخش بسیاری ساخته شده‌است که روز به روز این خلاقیتها بیشتر می‌شود تا جایی که مکعبهای ۱*۳*۳ نیز ساخته شده‌اند که طراحی بسیار جالبی دارند.
خانواده روبیک(مکعبهای استاندارد):

مکعب ۲*۲*۲:
روبیک ۲*۲*۲ در چند نوع ساخته شده که معروفترین ساختار آن ساختار کروی و ساختار مرکز دار می‌باشد. ساختار کروی اختراع ارنو روبیک می‌باشد و ساختار مرکزی از اختراعات «چن لی سن» است که به نام «استیشن»معروف است و برای ۴*۴*۴ نیز از همین طرح استفاده کرده این مکعب برای بازیهای حرفه‌ای (سرعتی) در مسابقات استفاده می‌شود.
مکعب ۴*۴*۴:
مکعب ۴*۴*۴ معروف به «انتقام روبیک در دسامبرسال ۱۹۸۳» توسط «پیتر سپاستینی» از کشور آمریکا خلق شد. این مکعب ساختار کروی داشت و نام آن «سپاستینی»بود اما سپاستینی تنها چند دقیقه قبل ثبت نام مکعب خود برای جذب مخاطبان و طرفدارن مکعب روبیک نام مکعب خود را «انتقام روبیک» گذاشت. مکعب ۴*۴*۴ دارای ساختار مرکزی(معروف به «استیشن») نیز می‌باشد که «چن لی سن» طرح آن را به ثبت رسانده، مکعبهای «استیشن» برای بازیهای سرعتی(مسابقات) بیشتر استفاده می‌شود چون چرخش وجهای مکعب نسبت به ساختار کروی سرعت بیشتری است.
مکعب ۵*۵*۵(پروفسور روبیک):
این مکعب در ژانویه سال ۱۹۸۶ توسط «یودو کرلل» از آمریکا اختراع شد. در سال ۲۰۰۳ یک مخترع یونانی به نام پاناگیوتیس وردس«طرح جالبی را ارائه داد که می‌توانست مکعبهای بزرگتر از ۵*۵*۵ را ارتقا دهد وی در سال ۲۰۰۸ شرکت»Vcube «را تاسیس نمود و مکعبهای ۵*۵*۵، *۶*۶ و ۷*۷*۷ را با زمیه سفید و آرم»V" با رنگبندی خاص شرکت (استفاده از رنگ مشکی بجای رنگ سفید) به تولید رساند و همینک در تمامی مسابقات بین المللی از مکعب‌های این شرکت استفاده می‌شود. بزرگترین مکعب روبیک ساخته شده نیز مکعب ۱۷*۱۷*۱۷ می‌باشد.
خانواده بازیهای هم خانواده مکعب روبیک بسیار زیاد است (دومینو، مگامنیکس، پیرامینکس، اسکوار و...)

روشهای حل مکعب

روشهای بسیاری برای مکعب روبیک موجود است ولی برای حل سرعتی مکعب تا امروز ۵ روش ابداع شده‌است.
اولین بار خود ارنو روبیک یک راه حل برای مکعب پیدا کرد تا اینکه دیوید ساینمستر ریاضیدان انگلیسی اولین بار کتابی را برای حل مکعب روبیک نوشت و در آن ارتباط روبیک با شاخه‌ای از ریاضیات (نظریه گروهها) نوشت و ایشان اولین بار نام مکعب جادویی را بنام مکعب روبیک معرفی کرد. و از آن زمان نام مکعب روبیک مرسوم شد. دیوید جیونر نیز کتاب روبیک ماشین مرلین را نوشت وی در این کتاب جایگشتها و ارتباط روبیک را با شاخه‌های ریاضی مورد بررسی قرار داد، کتاب جوینر آغازی برای دیگر ریاضیدانان و علاقمندان بود تا یافته‌های خود در مورد مکعب را به تحریر در آورند خصو صا در مورد پیدا کردن الگوریتمی که بتواند مکعب را در کمترین تعداد حرکت حل کند در سال ۲۰۰۶ اولین بار الگوریتم ۲۶ حرکت توسط دو ریاضیدان نوشته شد که یکسال بعد توسط همین دو نفر این تعداد به ۲۵ حرکت کاهش یافت تا اینکه در سال ۲۰۱۰ برای همیشه این معما حل شد و بطور قطعی ثابت شد که حد بالای تعداد حرکت برای حل مکعب روبیک عدد ۲۰ است. اما راه حل سرعتی مکعب توسط کیوبرهای حرفه‌ای ابداع و تکمیل شد اولین بار زمانی که در سال۱۹۸۱ در کشورآلمان مسابقات مکعب روبیک برگزار شد نفر اول مسابقات با زمان ۳۰ ثانیه توانست نفر اول شود در سال ۱۹۸۲ زمانی که اولین مسابقات جهانی مکعب روبیک در مجارستان برگزار شد بسیاری از شرکت کنندگان متد‌های جدیدی را ابداع نمودند که در این مسابقات به اجرا گذاشتند بطوری که متوسط زمان حل مکعب به ۲۵ ثانیه رسید.

روش گوشه (Corners-first method):
در این روش ابتدا گوشه‌های مکعب مرتب می‌شود سپس مکعب‌های لبه در جای خود قرار می‌گیرند در اولین مسابقات مکعب روبیک بیشتر شرکت کنند گان از این روش استفاده میکرند و نفر اول این مسابقات «مین تای» پناهنده تایلندی از آمریکا توانست با همین روش مکعب را در ۲۲٫۹۵ ثانیه حل کرده و به مقام نخست برسد. این روش امروز دیگر کمتر استفاده می‌شود.


روش فردریش(Fridrich method):

این روش توسط دکتر جسیکا فردریش در سال ۱۹۸۱ که در آن زمان دانشجو و ۱۷ سال بیشتر نداشت ابداع شد. وی در سال ۱۹۸۲ در اولین دوره مسابقات جهانی روبیک شرکت کرد ولی نتوانست مقامی کسب کند(به مقام دهم رسید). وی روش خود را توسعه داد و در سایت شخصی خود در اینترنت قرار داد. روش ایشان مورد قبول حرفه ایها قرار گرفت بطوری که در دومین دوره مسابقات در سال ۲۰۰۳ تورنتو، روش فردریش روشی بود که بیشتر مسابقه دهندها استفاده میکردنند. در این مسابقات «دن نایت»نفر اول(با میانگین ۲۰ ثانیه) و جسیکا به مقام دوم (با میانگین ثانیه ۲۰٫۴۸) رسید بهترین رکورد وی در این مسابقات (۱۷٫۱۲ ثانیه) بود. (در مسابقات هر شرکت کننده ۳ بار قبل از فینال (در فینال ۵ بار)مکعب را حل می‌کند و میانگین این زمانها به ثبت می‌رسد البته برای حل هر مکعب در زمان بهتر نیز رکورد گیری می‌شود) نکته جالب توجه اینکه، جسیکا شخصا روش حل و انگشت گذاری درست را به«دن نایت» نفر اول مسابقات یاد داده بود!!!

روش فردریش از چهار بخش تشکیل شده: الف) درست کردن صلیب در سطح پایین ب) قراردادن ۴ گوشه‌ها به همراه لبه وسطی(F2L) ج) چرخش تمام مکعبهای سطح بالایی بطوری قطعات سطح بالایی همگی یکرنگ شوند (OLL)(Orientation of Last Layer) د) جابجایی قطعات سطح بالایی در محل خود و تکمیل مکعب (PLL)(Permutation of Last Layer)



فردریش متوسط زمان حل مکعب با روش خود را ۱۳٫۵ ثانیه اعلام کرد. که امروز بسیاری از مکعب بازان حرفه‌ای توانسته اتد این زمان را کاهش دهند.
روش فردریش توسط دیگر حرفه‌ای‌ها تکمیلتر شد از جمله روش (ZBF2L,COLL،...) که این روشها در کاهش زمان بسیار موثر بود. کیوبرهای بسیاری ازجمله (Erik Akkersdijk از کشور هلند وفیلیکس از استرالیا رو هسلر از آمریکا و...) از این روش استفاده می‌کند.


روش پترس(Petrus method):

این روش توسط لارس پترس یکی از شرکت کنندگان در اولین مسابقات جهانی ابداع شد. در روش پترس یک مکعب ۲*۲* ۲ ابتدا در گوشه درست می‌کنیم سپس بدون خراب شدن این مکعب آنرا به یک بلوک ۲*۲*۳ تبدیل می‌کنیم سپس لبه‌های سطح مقابل را در جای خود قرار داده و گوشه‌ها را مرتب می‌کنیم به این ترتیب دو ردیف مکعب مرتب می‌شود، در ادامه مانند روش جسیکا با این تفاوت که ابتدا لبه‌ها سپس گوشه‌های سطح بالا را مرتب می‌کنیم.
لارس پترس در اولین مسابقات روبیک توانست با روش خود مکعب را در ۳۰ ثانیه مرتب کند. مکعب بازان حرفه‌ای برای آیتم کمترین تعداد حرکت در مسابقات روبیک از روش لارس پترس استفاده می‌کنند (در مسابقات آیتمی به نام کمترین تعداد حرکت وجود دارد که مکعب بازان در آن مکعب را در کمترین تعداد حرکت حل کنند (رکورد این آیتم ۲۲ حرکت می‌باشد))
روش روکس(روش بلوکی)(Roux method):
در این روش ابتدا یک بلوک ۱*۲*۳ در طرف سمت چپ و یک بلوک دیگر در سمت مقابل (راست) درسطح پایین مکعب ساخته می‌شود. سپس ۴ گوشه باقیمانده را درست می‌کنیم در ادامه ۶ لبه و مرکز‌ها را در جای خود قرار می‌دهیم. متوسط حل مکعب با این روش ۱۵ ثانیه به ثبت رسیده‌است. این روش از این جهت مناسب به نظر می‌رسد که الگوریتم خاصی ندارد و می‌توان آنرا به سادگی یاد گرفت.

روش زبیگینو (:ZZ method)
این روش که جدیدترین روش سرعتی می‌باشد در سال ۲۰۰۶ توسط «زبیگنیو زبوروسکی» ابداع شد. روش آن بسیار حرفه‌ای و مبتنی به الگوریتم است(تعداد الگوریتمهای سطح بالای مکعب ۱۷۷ الگوریتم می‌باشد و تعداد حرکت برای تکمیل مکعب بسیار پایین است.) بطوری که نمی‌توان به زبان ساده آنرا بیان نمود. کل ساختار بازی به روش فردریش ولی به روشی انجام می‌شود که سطح پایین و سطح بالا الگوریتمهای خاص دیگری دارد. البته زبوروسکی به همراه«بوچم» قبل از این روش دیگری را درتکمیل روش فردریش ابداع کرده بودند که زمان حل مکعب را بسیار پایین می‌آورد ولی تنها اشکالی که می‌توان از آن گرفت، تعداد الگوریتمهای آن است که بسیار زیاد می‌باشد.

روبیک در ایران

در سال ۱۳۶۱ در ایران نیز چندین شرکت از جمله شرکت تجیران مکعب روبیک را تولید می‌کردند در همان زمان تب مکعب روبیک در ایران چنان بود که دکتر سیاوش شهشهانی استاد ریاضیات دانشگاه صنعتی شریف کتاب اسرار مکعب روبیک را تالیف نمود وی در این کتاب راه حل مکعب را به شیوه بسیاری جالبی بیان نمود و ارتباط آن با ریاضیات را به صورت ساده‌ای بیان نموده. راه حل شهشهانی بسیار ساده ولی حرفه‌ای بود بطوری که خواننده می‌توانست هر گونه طرحی را روی مکعب بوجود بیاورد.(از این راه حل می‌توان برای حل مکعب با چشمان بسته استفاده کرد)

رکورد ها

این اسپید کیوبرها به ترتیب رکورداران جهان در مکعب روبیک می‌باشند:

روبیک ۳×۳×۳ :

• Feliks Zemdegs با زمان ۵٫۶۶ ثانیه از استرالیا
• Asia Konvittayayotin با زمان ۶٫۱۵ از تایلند
• Mats Valk با زمان ۶٫۴۱ ثانیه از هلند

رکورد دارهای ایرانی :

• نفراول: سید محمد حسین فاطمی (Sayyed Mohammad Hossein Fatemi ) با زمان ۱۱٫۰۵ ثانیه و رتبه جهانی ۵۱۴
• نفر دوم: سپهر صانعی (Sepehr Saneii ) با زمان ۱۲٫۳۶ ثانیه و رتبه جهانی ۹۹۹
• نفر سوم: آرمین سلیمانی (Armin Soleimani ) با زمان ۱۲٫۴۴ ثانیه و رتبه جهانی ۱۰۳۱