Värska Gümnaasium Ruubiku kuubik Loovtöö Autor: Kennet Gabriel Kadarpik, 9. kl Juhendaja: Toivo Kadarpik Värska 2020
SISUKORD SISSEJUHATUS... 3 1. RUUBIKU KUUBIKU VÄLIMUS... 4 1.1 Ruubiku kuubiku kasutamine... 4 2. RUUBIKU KUUBIKU AJALUGU... 5 2.1. Leiutaja Ernő Rubik (1944)... 5 2.2 Kuubi disain... 6 2.3. Kuubi brändid... 7 3. KOKKUPANEMINE... 9 3.1. Algoritmid... 11 4. VÕISTLUSED... 12 4.1. WCA... 12 4.2. Eventid... 13 5. KUUBERID... 14 5.1. Tähtsad rekordid... 14 5.2. Kuulsamad kuuberid... 15 6. PRAKTILINE TÖÖ... 16 7. KOKKUVÕTE... 18 KASUTATUD MATERJAL... 19 2
SISSEJUHATUS Ma valisin selle teema Ruubiku kuubik, kuna olen väga huvitatud selle ajaloost. Olen ise tegelenud Ruubiku kuubikute kokku panemisega üle kolme aasta. Ma soovisin sellest rohkem teada saada. Olen ka huvitatud kvaliteetse kuubiku omamisest, millega saaks võistelda. Ma olen pidevalt uurinud ja tegelenud ka kuubimehhanismi parandamisega. Oma tööülesanneteks valisin uurida lähemalt Ruubiku kuubiku ajalugu, muuta oma kuubikut selliseks, et sellega saaks minna ka võistlustele ning valmistada oma valitud disaini järgi töötav omanäoline kuubik. Hiljem tuli mul ka mõte ise magnetiseerida üks oma Ruubiku kuubikutest, et seda stabiilsemaks teha. 3
1. RUUBIKU KUUBIKU VÄLIMUS Ruubiku kuubik on mitmevärviliste ruutudega kaetud plastkuubiku kujul olev mõistatusmänguasi, mida keeraja üritab väänata ja keerata nii, et kõik ühel küljel olevad ruudud oleksid sama värvi. Joonis 1. Ruubiku kuubiku võistlusmoment 1.1 Ruubiku kuubiku kasutamine Seda kasutatakse aju-, mitmetasandilise mõtlemise- ja mälu treenimisel. On olemas ka võistlused, kuhu saab igaüks registreerida ja mille täpsemaid detaile saab hiljemal peatükil teada. Mänguasjamaailmas on Ruubiku Kuubik mõndade poolt peetud ka üheks kõige populaarsemaks mänguasjaks üldse. (The Rubik's Cube, 2020) 4
2. RUUBIKU KUUBIKU AJALUGU Joonis.2 Ernő Rubik Aastast 1974, peale seda, kui kuubik leiutati on see pakkunud huvi peaaegu kõigile inimestele sõltumata vanustest ja intelligentsusest. Lastest vanuriteni, põhikooliharidustega inimestest kuni astrofüüsikuteni, on seda mänguasja pidanud lihtsaks, kuid tüütuks elegantseks esemeks mida kasutatakse tänapäevani ja hoiab endas lugu, mis justkui alles algab. (Ernő Rubik, 2020) 2.1. Leiutaja Ernő Rubik (1944) Joonis 3. Ernő Rubik Ernő Rubik on Ungarist tulnud arhitekt ja leiutaja, kelle kõige tuntuim saavutus on olnud siiani Ruubiku Kuubiku leiutis. Ta on intervjuudes rääkinud, kuidas Ruubiku kuubiku inspiratsioon on tulnud kosmosest. Huvitav on, kuidas selles objektis on koos tema osad, 5
nende seos üksteisega ja kuidas nende asendit on võimalik muuta. Ruubiku kuubik ise algas vaid puidust klotsidest. E.Rubik üritas teha nii, et klotsid saaks liikuda üksteise kõrval, ilma et see nii öelda klotside kooslus ei kukuks kokku. Ta tegi seda tööd enda kätega. Kuubiku valmistas peamiselt puidust, kuna see oli kergesti kättesaadav ja hästi töödeldav. Algul proovis ta hoida klotse koos kummipaeltega. Sellist prototüüpi näitas ta oma klassile (ta töötas arhitektuuri õpetajana Budapesti kunstiülikoolis), kellele see ese väga meeldis. Rubik sai aru, et tänu kuubi lihtsale struktuurile oleks seda väga kerge toota ja võiks meeldida suuremale publikule, nt lastele, peredele... Tänu oma isa mitmele autoriõiguse dokumendile, sai E.Rubik aru kuidas saada endale kuubi jaoks patenti ja kuidas leida mingi tootmisfirma enda produktile. Tal oli küll raskusi leida endale tootmisfirmat, kuna tol ajal Ungari majandus oli kehvas seisus. Lõpuks siiski leidis ühe väikse tootmisfirma, mis töötles plastimassi. Rubik andis Magic Cube'i litsentsi USA-le kuuluvale ettevõttele Ideal Toys 1979. aastal. Ideal Toys firma muutis Magic Cube ümber Ruubiku kuubikuks enne toote tutvustamist rahvusvahelisele publikule 1980. aastal. Väiksest käsitöötootest kuni masstootmiseni ja selle tutvustamiseni suuremale publikule läks umbes 6 aastat. Sellele järgnes Ruubiku kuubiku edu kogu maailmas. See toode võitis mitu Aasta Mänguasjade auhinda ja 1980. aastast sai alguse populaarne kuubikukultuur. Praeguseks on müüdud üle 350 miljoni Ruubiku kuubiku, mis teeb sellest kõigi aegade enimmüüdud mänguasja. (Rubik Ernő, the inventor of the Rubik's Cube, 2020) 2.2 Kuubi disain Sellise mänguasja tegemise jaoks pidi E.Rubik tõsiselt mõtlema, et välja mõelda õige mehhanism, mis laseb klotsidel seoses liikuda, ilma kokku kukkumata. Kuubi peamine osa on selle tuum millel on 6 samapikkust väikest toru. See hoiab kinni kruvisid, mis omakorda hoiavad kinni kuubi keskmisi klotse. Klotside vahel on ka vedru, et vähendada kõigi klotside vahelist pinget ja vähendada hõõrdejõudu keeramisel. 6
Joonis.4,5 kuubi mehhanism Keskmiste klotside kõrval on ülejäänud klotsid mida on kahte erinevat tüüpi: nurgaklotsid ja servaklotsid. Need on õigel moel paigutatud, et kui ühte tervet kuubi poolt liigutada ei kuku terve kuubik koost lahti. 2.3. Kuubi brändid Vaatamata sellele, et E.Rubikul on autoripatent võivad erinevad Hiina firmad ikkagi Ruubiku kuubiku ideed kasutada. Kiirkuuberimaailmas on need brändid väga tähtsad, kuna nad toodavad selliseid kuupe palju kiiremini. Nad teevad ka kuubiku disainile muudatusi, et 7
näiteks hõõrdejõudu klotside vahel vähendada või et saaks külgi üksteise suhtes paremini ja kiiremini liigutada. Mõned sellistest brändidest on: GAN Cube, Mofange QiYi, Moyu jne. Joonis 6,7,8. Kuubi brändide logod 8
3. KOKKUPANEMINE Kuubi kokkupanemiseks on olemas erinevad moodused ehk meetodid. Need meetodid erinevad mitmete tegurite poolest nagu efektiivsus ehk kõige vähimate liigutustega sooritatud harjutus. Mõni meetod võimaldab arendada kiirus, mis vajab aga suurt algoritmide arv tundmist. Mida rohkem algoritme, seda kiiremini saab kuubiülesandega hakkama. Kõige tuntuimad meetodid on: Alustusmeetod, CFOP, Roux, ZZ, Petrus ja Nurgad enne. joonis.9 Alustusmeetod: Selle meetodi nimi tulebki just sellest, et kõik inimesed kes tavaliselt alustavad Ruubiku kuubiku kokkupanemise õppimist, alustab selle meetodiga. Seda meetodit töötles ka leiutaja E.Rubik. Selles meetodis algab kokkupanemine valge risti tegemisega, kus pannakse kokku valged servaklotsid õigesse kohta nii, et selle valge värv ja teisel külgklotsil olev värv on samad - nii iga valge servaklotsiga. Edasi pannakse kokku kogu valgete tahkudega klotside kiht. See tähendab, et üks külg on täielikult koos ja iga antud tahu klotsi teine värv on ka õiges kohas teiste külgede keskmiste klotside suhtes. Kolmandaks tuleb teha teine kiht kokku. Edasi on vaja vaadata kuubiku valge tahu vastastahku, mis peab tulema kollane. See on viimane kiht. Viimane kiht, mille kokkupanemisel on ülesanne lahendatud, tuleb rakendada juba teadaolevaid algoritme. (Lihtsalt suvalise kombineerimise kasutamine võib võtta väga kaua aega) Algoritmid, mida kasutada, on määratud kuubi kollase küljel asuvate kollaste klotside asetusega. Tuleb teha liigutusi, mida õiges järjekorras sooritades, saab klotsid paika nii, et kõik ülejäänud ei läheks sassi. Klotside kollased tahud moodustavad erinevaid kujundeid, mille järgi valitakse ka vajalik algoritm. Kõigepealt tuleb valida selline algoritm, mis viib kõikide klotside kollased tahud õigele küljele. Selliseid algoritme 9
kutsutakse OLL algoritmideks. OLL tähendab Orientation of the Last Layer. Ehk viimase kihi orientatsioon st. iga viimase kihi klotsi keeramine kuni antud pool on kokku saadud. joonis 10. OLL algoritm Peale seda etappi tuleb viimane etapp, kus liigutatakse orienteeritud klotsid nii, et nad moodustaksid kihi. Seda tehakse samuti algoritmide abil. Nende algoritmide hulga nimetus on PLL e. Permutation of the Last Layer. See tähendab viimase kihi klotside ümberpaigutus ehk nihutamine õigesse kohta. (How to solve the Rubik's Cube?, 2020) joonis 11. PLL algoritm On ka meetodid, mis ei ole enam nii kerged vaid liiguvad rohkem algoritmide efektiivsuse poole. Üks kõige olulisem ja kõige populaarsem neist, millest rääkida, on CFOP ehk Fridrich i meetod. See meetod on välja töötatud ja välja mõeldud Professor Jessica Fridrich i 10
poolt. See meetod kombineerib alustusmeetodi teist ja kolmandat etappi nii, et viimane kiht saab kokku vaid kahe algoritmiga. Lühidalt selle meetodiga pannakse algul kokku üks rist nagu enne kirjeldatud. Seejärel leitakse sama kihi üks nurk ja viiakse see kokku klotsiga, mis peab olema tema kõrval, samas silmas pidades et algrist segamini ei läheks. Kokkuviidud nurk liigutatakse omale kohale. Nii tehakse iga nurgaga eraldi 4 korda, Nii on enne viimaseid etappe koos 2 kihti. Kui 2 esimest kihti on koos pannakse kokku viimane-külg. Selleks jällegi keeratakse viimasele tahule õiged värvid OLL algoritme kasutades ja siis PLL algoritmidega seatakse õige järjestus. (Rubik's Cube solution with advanced Fridrich (CFOP) method, 2020) 3.1. Algoritmid Algoritm on täpsemalt kahe või rohkema kuubiku klotsi orienteerimine soovitud positsiooni, kasutades erinevate külgede pööramist täpses järjekorras. Algoritmi lõpp-tulemuseks on ainult need klotsid oma asendit või asukohta muutnud, mida on soovitud, ja ülejäänud kuubi klotsid ei ole. (Rubik's Cube Algorithms, 2020) joonis 12. LL algoritmid 11
4. VÕISTLUSED Eelnevalt sai mainitud inimesi keda omavahel hüütakse kiirkuuberiteks. Need inimesed moodustavad kommuuni, mille liikmetel on võime panna kokku 1 või enam tüüpi Ruubiku kuubikuid ja on võimelised saama nende kokkupanemisel kiiremaks ja teevad selle endale üheks eesmärgiks. Ruubiku kuubiku leiutamisest saadik on tahetud kuubi kokkupanemise oskusi omavahel võrrelda. Juba varakult peale leiutamist tehti esimesed jõukatsumised. Esimene võistlus, mis üldse toimus kiirkuuberite seltsis oli aastal 1982. Sellel võistlusel sai ka üks mees, nimega Minh Thai, aja 22.95 sekundit. Sellest ajast peale on peetud üle maailma kiirkuuberite võistlusi, mis on peamiselt organiseeritud WCA organisatsiooni poolt. WCA tähendab World Cube Association, mis tähendab Maailma Kuubi Ühing. Ainult nende reeglite ja regulatsioonide järgi on tänapäeval võimalik pidada võistlusi. Nende võistluste informatsioon (nagu rekordid, võitjad ) pandud kirja nende veebilehele. Ka Guinessi Maailma Rekordid ruubiku kuubiku keeramises on selle ühinguga kooskõlastatud. Joonis 13. Mina Estonian Open 2019 võistlustel 4.1. WCA Kiirkuuberi jaoks on oluline osaleda WCA võistlustel ja ta peab teadma võistluste reegleid. Selleks ei pea küll olema otseselt organisatsiooni ametlik liige. 12
joonis 14 WCA logo Registreerumine toimub eranditult nende veebilehel nende juhendamise järgi. Paljud võistlused on seotud osalemistasuga. Regulatsioonid ja reeglid on kirjas WCA veebilehel. (KUUBIKU MAAILMAORGANISATSIOON, 2020) 4.2. Eventid Eventid ehk sündmused või alad on üldnimetus erinevatele kategooriatele võistlustel. Kategooriaid on kaheksateist: 2x2; 3x3; 4x4; 5x5; 6x6; 7x7; 3 Blind (silmad kinni); FMC - Fewest moves challenge (vähim liigutusi); 3OH (ühe käega); 3 Feet (jalgadega); Rubik s Clock (Ruubiku kell); Megaminx; Pyraminx; Skewb; Square-1; 4 Blind; 5 Blind; 6 Blind;7 Blind; Multiblind (mitu kuubikut silmad kinni). Nendes kategooriates saab igaüks osaleda, kuid vahepeal võib nendel kategooriatel olla miinimumkiiruse limiit, mis tähendab, et kui sa teed esimesed korrad kokkupanemist alla minuti, siis osaleda ei saa. Kiiruse limiidiga küll diskvalifitseeritakse antud kategooriast, kuid osalemise informatsioon läheb ikka võistluse veebilehele. (KUUBIKU MAAILMAORGANISATSIOON, 2020) 13
5. KUUBERID Suur osa kuuberitest soovivad saada ka saada professionaalseteks kuuberiteks. Nad on tavalised kuuberid, kellel on, tänu oma populaarsusele, võimalus osaleda mingite brändise esindamisel ja olla oma kuubikutrikkidega reklaaminäoks. Peaaegu kõik professionaalsed kuuberid on spondeeritud mingi Ruubiku kuubi brändi poolt. Neid kuubereid tasustatakse selle eest, et nad osaleksid võistlustel, seda ka dokumenteeriksid ja ala propageeriksid. Professionaalsete kuuberite jaoks on ka oluline hea koha saavutamine võistlustel. joonised 15,16,17. Ruubiku kuubik 4x4, SQ-1 ja Felix Zemdegs võistlemas 5.1. Tähtsad rekordid Kuuberite liikumist innustavad võistlustel saadud rekordid kõige enam. Rekordid loovad nii tegijatele kui ka võistlustele palju tähelepanu. Kõige esimene rekord mis pandi kirja ja mis inspireeris rohkem võistlusi korraldama oli juba eespoolmainitud Ming Thai rekord 1982. aastal ajaga 22.95. Kahetuhandete algusaastatel oli parimad kuuberirekordid austraallase Felix Zemdegs i käes, kes mitmel järjestikusel võistlusel oli võimeline oma tulemusi parandama. 2013 aastal aga ilmus Euroopast noormees Mats Valk, kes suutis ühe mehe soleerimise lõpetada veelgi parema ajaga. Mats Valk i rekord oli ajaga 5.55. Esimene alla 5-sekundi kokkupanek, mis tõi vaieldumata kõige rohkem tähelepanu kuuberimaailmale, oli Lucas Etter i 4.90 maailmarekord 2015. aastal. 2016. aastal tekkis aga hoopis rekordite paar: Mats Valk i 4.74 ja Felix Zemdegs i 4.73 rekordid. See oli esimene kord, kus maailmarekordid olid vaid 0.01 sekundilise vahega. 14
Lõpuks üks olulisemaid rekordeid oli Felix Zemdegs i 3 OH ehk ühe käega 3x3 kuubiku kokkupanek ajaga 6.88 aastal 2015. See rekord jäi ületamata üle kolme aasta. 5.2. Kuulsamad kuuberid Mats Valk on sündinud 1996. aastal Hollandis. Ta on professionaalne kiirkuuber, kelle peasponsoriks on QiYi ja kelle nime järgi on pandud Ruubiku Kuubiku alabränd TheValk seeria. (Mats Valk, 2020) Felix Zemdegs on sündinud 1995 aastal Austraalias. Ta on kiirkuuber, kelle peasponsoriks on GAN Cube, mille bränd on tuntud oma innovatsiooni järgi. GAN Cube tuntakse oma kommuuniga seotuse poolest. Oma tootearenduses kuulavad nad kommuni liikmeid ja muudavad nende järgi oma tooteid. (Feliks Zemdegs, 2020) Max Park on 2001. aastal sündinud Ameerikas. Ta on üks kõige erilisemaid tegijaid kuubimaailmas. Tal on autism, mis tekitab inimesel raskusi sotsialiseeruda. Sellegipoolest on ta üks parimatest kiirkuuberitest maailmas. Tänase seisuga on tal 9 maailmarekordit 35st. Tänu kuubivõistlustele ja seal sees esinenud sotsialiseerumisele on ta saanud oma puudest üle ja suutnud paraneda sellele tasemele, kus see on peaaegu olematu. (Max Park, 2020) 15
6. PRAKTILINE TÖÖ Mulle tuli idee ise valmistada Ruubiku kuubik 3-d printeriga. Ma sain kuubiku mehhanismi disaini, millega oli võimalik masinal see välja printida. Kui osad olid välja prinditud oli lihtsalt vaja kokku panna, et saaks seda keerata. Viimseks panin väikesed sinimustvalged kleepsud klotsidele ning kuup oli valmis. Ma tellisin hiljuti e-poest magneteid. Ma plaanisin kasutada neid oma kuubiku stabiliseerimiseks. Magnetid peavad olema liimitud kuubi mehhanismis täpselt õigesse kohta, muidu võivad magnetid teha kuubiku hoopis ebastabiilseks. Magnetiseerimiseks kasutasin kopeerimis meetodit (vt joonis 18), kus magnetiseeritakse algul üks osa kuubiku mehhanismist. See annab aluse, kuidas teisi kuubiku mehhanismi osasid magnetiseerida. Magnetiseerimis juhendi sain YouTube ist. (How to Magnetize a Valk 3 [5 Minute Tutorials #5], 2018) Joonis 18. Minu väljaprinditud Ruubiku kuubik 16
Joonis 19. Ruubiku kuubiku magnetiseerimise näidis 17
7. KOKKUVÕTE Oma loovtööga selgitasin: Mis on Ruubiku kuubik mõistatusmänguasi Kes leiutas Ruubiku kuubiku - Ernő Rubik 1974 Kuidas Ruubiku kuubik käib ja kuidas õppida selle kokkupanemist Kuidas minna võistlustele ja mis seal peaks toimuma Kes on kuuberid Kasutades kindla firma kuubikut ja internetist saadavat informatsiooni täiustasin ühte oma kuubikut selliselt, et tema keeramine oleks võimalikult kerge ja tänu lisatud magnetitele jääb kuubik alati töötavasse positsiooni ega kiilu kinni. Kasutades oma teadmisi 3d modelleerimise valdkonnas, otsisin internetist Ruubiku kuubiku mudeli, modifitseerisin veidi selle ehitust TinkerCadi keskkonnas ja lasin selle välja printida. Saadud detailid panin kokku kuubikuks ning andsin tootele enda mõeldud välimuse. 18
KASUTATUD MATERJAL Ernő Rubik. (Detsember 2020. a.). Allikas: Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/ernő_rubik Feliks Zemdegs. (Detsember 2020. a.). Allikas: Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/feliks_zemdegs How to Magnetize a Valk 3 [5 Minute Tutorials #5]. (Juuni 2018. a.). Allikas: YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=hvwq7nkix5w How to solve the Rubik's Cube? (August 2020. a.). Allikas: Ruwix: https://ruwix.com/therubiks-cube/how-to-solve-the-rubiks-cube-beginners-method/ KUUBIKU MAAILMAORGANISATSIOON. (2020). Allikas: World Cube Association: https://www.worldcubeassociation.org Larry D. Nichols. (Aprill 2020. a.). Allikas: Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/larry_d._nichols Mats Valk. (Oktoober 2020. a.). Allikas: Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/mats_valk Max Park. (November 2020. a.). Allikas: Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/max_park Rubik Ernő, the inventor of the Rubik's Cube. (August 2020. a.). Allikas: Ruwix: https://ruwix.com/the-rubiks-cube/the-inventor-rubik-erno-1974-budapest-hungary/ Rubik's Cube. (November 2020. a.). Allikas: Wikipedia Rubik's Cube: https://en.wikipedia.org/wiki/rubik%27s_cube Rubik's Cube Algorithms. (August 2020. a.). Allikas: Ruwix: https://ruwix.com/the-rubikscube/algorithm/ Rubik's Cube solution with advanced Fridrich (CFOP) method. (August 2020. a.). Allikas: Ruwix: https://ruwix.com/the-rubiks-cube/advanced-cfop-fridrich/ The Rubik's Cube. (August 2020. a.). Allikas: Ruwix: https://ruwix.com/the-rubiks-cube/ 19