ルービックキューブを混ぜると、54枚のカラフルな正方形のシールを43京通りの配置で並べることができます。しかし、混ぜるという作業自体は簡単です。しかし、素人なら誰でも知っているように、解くのは至難の業です。
もちろん、人間はそれを解く能力があり、しかも驚くほど速く解くことができます。2019年の優勝者であるフィリップ・ワイアーのようなトッププレイヤーは、7秒以内に解けます。そして、ごちゃ混ぜになったキューブを赤、青、緑、白、黄、オレンジの5色に戻すことに特化した達人は、通常、約50手でそれを達成します。
人間は何十年もの間これらのパズルを解いてきましたが、今や人工知能の番です。AIは現在、スクランブルキューブの非常に効率的な解を迅速に計算できます。そして、このAIは60パーセントの確率で、一般的に約20回程度の最も少ない手で解を計算します。実際、ルービックキューブの世界には神のアルゴリズムとして知られる概念があり、それは全知の神がキューブを見て、可能な限り少ない手で解く方法を知っているとしたら、キューブを解く方法です。「私たちは神のアルゴリズムに近づいています」と、カリフォルニア大学アーバイン校のコンピューターサイエンス教授で、ネイチャー・マシン・インテリジェンス誌でルービックキューブを解くボットについて説明する新しい研究の主任著者であるピエール・バルディは述べています。
機械の指を持つロボットがキューブを操り、スピードキュービングの大会で表彰台に登る姿を想像する前に、このAIは単なるソフトウェアであることを念頭に置いてください。キューブを仮想的に解くのです。実際、ゲームを人工知能システムの課題として用いることは数十年にわたる伝統があり、チェス、囲碁、マルチプレイヤーのテキサスホールデムポーカーなどの大会で既に優位に立っています。
エルノ・ルービックの 1974 年のパズルに関しては、従来のプログラムでルールベースのコンピューティングを使用して、スクランブルキューブの解答をすでに生成できましたが、ここでの注目点は、深層強化学習と呼ばれるタイプの AI でそれが可能になったことです。
ルービックキューブは非常に複雑なため、AIシステムがトレーニングなしで解けるとは期待できません。また、仮想的にキューブをひねったり回したりしてランダムに解こうとしても、うまくいきません。そこで、このプロジェクトの研究者たちは、まずは小さなステップから始めました。つまり、解に非常に近いキューブで、数手動かすだけで完成するキューブです。バルディ氏によると、彼らはキューブに学習させながら、「複雑さが増すスクランブル」を通して段階的に学習を進めていったそうです。
「まるで子供みたいだね」と彼は言う。「最初は簡単な問題を与えて、だんだん難しくしていくんだ。」
では、このアルゴリズムの実力はいかに？スピードキューバーとしてどれほど優れているのだろうか？バルディチームのアルゴリズムのバージョンがオンラインで公開されており、こちらから試すことができる。このバージョンでは、混ぜられたキューブを調べて解を出すのに約1秒しかかからない。その解は、人間が競技でキューブを解くのに通常使用する約50手よりも大幅に少ないが、完全に最小限の解を出す可能性は低い。一方、研究者が論文で報告しているAIのバージョンはより強力だが、わずかに遅い。バルディによると、可能な限り最短の解を60パーセントの時間で出せるが、そのための計算遅延は約20秒だという。それでも、人間がキューブを手に持ち、最小限の手数で解を導き出すのにかかる時間よりははるかに速い。
比較すると、人間は約6秒でキューブを解くことができますが、現実世界で作業するため、物理的にキューブをひねったり回したりする必要があります。スピードキューバーは実際には50回よりも少ない手数でキューブを解くことができますが、時間的に最も速い方法は、できるだけ少ない回転数で解くことです。
キューブはエレガントなパズルです。なぜなら、キューブを壊す方法は無数の 10 兆通りあり、キューブを解くルートも数多くありますが、到達すべき目的地は、解けたキューブだけだからです。
ソフトウェアエンジニアは、ゲームをAIアルゴリズム構築のフレームワークとして利用するだけでなく、ゲームをプレイできるソフトウェアを現実世界の状況にも応用できる方法にも注目している。この場合、バルディ氏はロボット工学の分野で応用できる可能性があると語る。例えば、彼はキッチンを掃除するロボットを想像している。キューブのように、キッチンはさまざまな方法で乱雑になったり汚れたりすることができるが、解決可能な状態は1つしかない。それは、すべてが所定の場所にある、きれいな調理スペースだ。キューブソルバーのようなアルゴリズムは、このような状況に適用できる。「もしロボットが物をランダムに動かすとしたら、つまり汚れた皿を取ってキッチンの中でランダムに動かすとしたら、キッチンは決して掃除されないでしょう」とバルディ氏は言う。「特定のロボットタスクと私たちが行ったことの間には類似点が見られます。」
