루빅스 큐브
Rubik's Cube
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1. 개요
루빅스 큐브는 3×3×3의 정육면체 퍼즐을 지칭한다. 모든 퍼즐을 아울러 이르는 말은 루빅스 큐브가 아니라 '''트위스티 퍼즐'''이다.
트위스티 퍼즐 가운데 가장 널리 퍼져 있는 퍼즐이다. 6개의 센터 조각, 12개의 엣지 조각과 8개의 코너 조각으로 이루어져 있다.
루빅스 큐브를 인공지능이 푸는 방법을 알려주는 사이트가 있다. 1 2 3 4
여담으로 북한에서는 '6면체색맞추기'라고 부르는 듯 하다.
2. 역사
헝가리 부다페스트 응용미술대학 디자인학과 교수였던[1] 루비크 에르뇌(Rubik Ernő)[2]가 1974년에 발명했다.
학생들의 과제물 중 하나에서 아이디어를 얻었지만 물리적으로 구현할 방법이 떠오르지 않아 고뇌하고 있었는데, 강변을 걷던 중 조약돌을 보고 내부를 둥글게 하면 되겠다는 아이디어가 떠올랐다는 일화가 있다.
최초로 발명한 후 학생들에게 가지고 놀게 시켜 보았는데 그 중독성이 대단하여 학생들이 손에서 그 퍼즐을 떼지 않았다고 전해지며, 1977년 대량생산하여 이듬해부터 헝가리에 열풍을 일으켰다. 크리스마스를 맞이하여 준비해 둔 물량이 크리스마스가 되기 한참 전에 매진되어 버렸다는 일화도 전해진다. 그 후 미국과 유럽 등지로 수출해 말 그대로 전세계적인 열풍을 일으켰다.
이후 1980년대 중후반 이후로 잠잠해지다가 2000년대 인터넷으로 과거 큐브 천재들의 해법이 공개되면서 새롭게 재열풍. 국제큐브협회가 창립되고 두뇌 스포츠로서의 스피드 큐빙(큐브를 빨리 맞추어 그 시간기록을 겨루는 스포츠)의 탄생을 선언했다.
3. 해법
코너 조각, 에지 조각, 센터 조각이 다 포함되어 한 면을 완성하기 때문에 모든 종류의 조각들을 활용한 해법이 가능하고[3], 그로 인해 다양한 해법들을 개발할 수 있으며, 퍼즐 본연의 재미를 가장 잘 살릴 수 있다. 또한 4×4×4 큐브 이상의 해법은 큐브를 일단 3×3×3 큐브로 만들고 난 후 3×3×3 큐브의 해법을 쓰는 것이고, 2×2×2 큐브는 초/중급 수준에서는 3×3×3 큐브 해법에서 코너 조각을 맞추는 공식만 쓰는 것이기 때문에, 말 그대로 기본이 되는 큐브라고 할 수 있다.(그래서 보통 3x3x3큐브를 먼저 배운다.또 그렇게 하는것이 가장 좋다.)참고로 2020년 10월 기준 가장 조각이 많은 큐브(파는것 중)는 19×19×19 큐브이다.
큐브 퍼즐을 분해하여 조립할 수도 있다. 그러다가 부서지는 일이 다반사.
스티커를 떼서 맞추려고 하는 경우도 있는데, '''정말 비추한다'''.[4][5] 차라리 분해한 뒤 다시 조립하는게 훨씬 더 쉽다.[6]
루빅스 큐브/해법 항목 참조.
4. 구조
기본적으로 모든 3×3×3 큐브는 6개의 팔이 있는 코어를 가지고 있다. 코어의 각 팔 부분에는 센터 조각이 연결되어 있고, 센터 조각 사이사이에 에지 조각이 들어가며, 또 그 사이사이에 코너 조각이 들어가는 구조다.
하지만 중국의 큐브 회사 다얀(Dayan)에서 구홍(孤鴻)이라는 큐브를 내놓으면서 판이 완전히 뒤집혔다. 지금까지 있었던 딱딱한 구조를 뒤엎고 내부 마찰면이 곡면으로 되어 있으며, 특이한 구조로 인해 역코너 커팅이 가능해지고 코너 커팅도 훨씬 잘 되게 되었다. 또 코너가 3조각, 에지가 2조각으로 나뉘어 큐브 자체에 색상이 있는 믹스(Stickerless)색상이 가능해지게 되었다. 그리고 이 때부터 큐브 회사들이 고정관념을 벗어나 다양한 구조를 내놓기 시작했다.
이후 다얀사에서 뿔(Torpedo)라는 특이한 구조를 들고 나왔다. 뿔은 길쭉한 타원형 쌀알 모양인데, 에지 조각의 안쪽에 달려 있다. 원래는 에지 조각이 코너 조각보다 구조상 바깥쪽에 있어서 폭발이 많이 일어났으나, 뿔을 달아 에지 조각의 일부가 코너 조각보다 안쪽에 들어가게 함으로서 폭발의 빈도를 거의 제로에 가깝게 낮췄다. 폭발적인 반응에 힘입어 이 뿔은 나중에 구홍 등 다른 큐브용으로도 출시되었다. 이후 뭐위(Moyu)의 아오룽은 이중구조+일체형 뿔+뿔이 큼 으로 인하여 거의 폭발이 없는 구조가 탄생했다.
mf8에서 출시한 레전드라는 큐브는 축과 센터를 이어 주는 구조가 다른 큐브와 정 반대이다. 일반적인 큐브는 안쪽의 축에 나사가 꽂히고 그 사이에 센터 조각이 끼어 있는 구조지만, 레전드는 나사가 뒤집혀서 들어가 있다. 레전드 1과 2, 2.5의 구조가 다 다르며 1은 볼코어, 2는 일반 십자코어, 2.5는 둘의 장점을 결합한 미니 볼코어이다.
3×3×3 큐브와 동일하나 센터 조각이 없이 뻥 뚫려 있는 보이드 큐브가 있다. 보이드 큐브의 구조는 조각들 사이에 레일이 형성되어 서로가 서로를 잡아주는 형태로 되어 있으며 기존의 구조와는 완전히 다르다. 하지만 코너 커팅이 완전히 불가능하기 때문에 스피드큐빙용으로는 부적합하다.
참고로 구형의 코어가 있는 볼구조도 있는데, 성능이 좋지 않다. 10번 항목의 루빅스 등에서 사용한다.
5. 신의 수와 신의 알고리즘
신의 수와 신의 알고리즘은 최소회전과 관련된 문제다.
임의의 섞인 3×3×3 큐브가 주어질 때 우리는 여러 단계를 거쳐 큐브를 맞추며, 그것은 해법에 따라 다르지만 40~60회전 정도가 나온다. 하지만 신은 훨씬 효율이 좋은 해법, 즉 최소한의 회전으로 큐브를 맞추는 알고리즘을 사용할 것이고, 그 알고리즘이 바로 '''신의 알고리즘'''이다.
그리고 신의 알고리즘을 사용했을 때, 어떤 섞인 모양을 가져다 줘도 N번 안에는 맞출 수 있다! 라고 장담할 수 있을 것이다. 그 N이 바로 '''신의 수'''이다.
'''결론부터 말하자면 신의 수는 20이고 신의 알고리즘은 아직 발견되지 않았다.'''
신의 수의 역사는 1980년대로 거슬러 올라간다. 처음 신의 수 문제가 제기되었을 때 신의 수의 최솟값은 18, 최댓값은 52였다. 그리고 수십 년에 걸친 수학자들의 연구 끝에 2010년 7월, 토머스 로키키(Tomas Rokicki), 헤르베르트 코침바(Herbert Kociemba), 몰리 데이비드슨(Morley Davidson), 존 데스리지(John Dethridge)가 신의 수가 20이라는 것을 증명해냈다. 90˚회전으로만 따지면 신의 수가 26이다.
아쉽게도 4색 문제처럼 이 증명은 완전히 수학적인 것은 아니었고, 대칭성을 고려해 가짓수를 최대한 줄인 뒤 슈퍼컴퓨터를 이용해 각각의 가짓수가 모두 20회전 이내에서 풀린다는 것을 계산해낸 것이다. 이 20회전은 R을 1회전, R2를 1회전, M을 2회전으로 세는 하프 턴 방식(Half Turn Metric) 기준이다.
임의의 섞인 큐브를 맞추기 위한 최소회전수는 다음과 같으며, 임의의 섞인 큐브는 평균 17.8회전 만에 맞출 수 있다.
대부분의 가짓수가 17~18회전에 집중되어 있는 것을 볼 수 있으며, 20회전은 약 4억 9천만개로 굉장히 적다. 해당 주소
슈퍼플립(Superflip)이라고 불리는 패턴이 정확히 20회전으로만 풀 수 있다는 것이 증명되어 있다. 이 패턴은 모든 에지 조각이 제자리에서 뒤집혀 있는 패턴이다.
현재 신의 알고리즘에 가장 가깝다고 평가받는 알고리즘은 큐브 익스플로러라는 오픈소스 프로그램에서 사용하는 '''2상 알고리즘'''(2-phase algorithm)이다. 2상 알고리즘은 이름대로 두 단계에 걸쳐 큐브를 맞춘다. 첫 번째 단계는 모든 조각의 퍼뮤테이션을 맞추고, 두 번째 단계는 모든 조각의 오리엔테이션을 맞춘다.
그렇게 하나의 솔빙 방법을 찾아내면, 첫 번째 단계의 공식의 길이를 늘리고 두 번째 단계의 공식의 길이를 짧게 하며 알고리즘을 반복한다. 그리고 두 번째 단계의 공식의 길이가 0이 되는 순간이 최소회전이다.
6. 세계 신기록
- 싱글
- Yusheng Du (杜宇生)가 2018년 11월 24일 3.47라는 기록을 세우며 세계기록을 갈아치웠다. 사용 큐브는 웨이룽 GTS 2M. 당시 녹화가 안 되었던 건지 남아있는 영상 자료가 저화질 CCTV 뿐이다(...).
- 기존 기록
- 평균
- 호주의 펠릭스 젬덱스가 자신의 5.80을 뛰어넘는 5.53이라는 기록을 세우며 자신이 가지고 있던 평균 세계신기록을 갱신했다. 사용 큐브는 간XS.
- 블라인드
- 2019년 8월 Max Hilliard가 US Nationals 2019 에서 기록한 15.50초. 사용한 큐브는 웨이룽 GTS 1
7. 공인 기관
기록으로 공인 받는 국제 대회를 관할하고 공식적인 기관은 WCA (World Cube Association)이며 국내 공인 단체는 한국 큐브 문화 진흥회 (Korea Cube Culture United) 이다.
8. 기타
- 루빅스 큐브는 정확히 말해서는 3×3×3 큐브만을 가리킨다. 루비크 교수는 3×3×3 큐브만을 발명했고, 2×2×2 큐브나 피라밍크스 등의 다른 큐브는 다른 사람이 발명한 것이다. 사실 가장 먼저 만들어진 큐브는 3×3×3 큐브가 아니라 우베 메퍼트 교수가 만든 피라밍크스이며, 나중에 3×3×3 큐브의 인기에 편승한 케이스이다.
- 인기를 독점하다시피 하는 큐브이니만큼 3×3×3 큐브를 기본으로 하여 만들어진 큐브의 수도 매우 많다.
- 가장 많은 3×3×3 큐브는 56×56×56mm이다. 과거에는 57×57×57mm가 가장 많았으나 최근 몇 년동안 추세가 바뀌었다. 물론 이보다 크거나 작은 큐브도 있으며, 가장 크기가 작은 것은 한 변의 길이가 5.6mm밖에 안 된다. 큐브 튜닝계의 레전설인 토니 피셔(Tony Fisher)가 만들었으며 가장 크기가 큰 큐브 (157cm)[7]도 같은 사람이 만들었다. 현재 공장생산 중인 큐브 중 가장 작은 것은 10mm 크기의 Cube Lab Mini 3x3.
- 일부 사람들은 큐브의 일부분을 붙여놓는 밴디지를 만들기도 한다.
- 방송 매체에서 출연자나 주인공의 천재성을 보여주기 위한 도구로도 쓰이는데 제작진이 큐브에 대해 잘 모를 경우 큐비스트 사이에서 가소롭게 느껴지거나 인간의 레벨을 초월한 괴물로 만들어버리는 일도 있다.[8]
- 큐브에 화살표나 그림이 그려져 있어 안의 속 면 방향까지 완벽하게 맞춰야 하는 NxNxN supercube 시리즈도 있다.주소 2x2x2 슈퍼큐브는 일반 큐브의 경우의 수와 동일하지만 3x3x3 슈퍼큐브는 면의 속 방향까지 고려해야 하기에 경우의 수가 더 늘어난다. 마찬가지로 4x4x4 슈퍼큐브, 5x5x5 슈퍼큐브등도 있다.
- 1990년대에 정위엔지엔이 루빅스 큐브 모양인 빌딩이 나오는 소설 마방빌딩을 쓴 적 있었다.
9. 큐브 맞추는 기계
레고로 큐브 맞추는 기계를 만들 수 있다. 위 영상은 로봇 조립 키트인 마인드스톰으로 만든 큐브 푸는 머신이다. 오른쪽에 달린 컬러 센서로 각 면을 스캔하여 프로그램이 해법을 제시하고 자동으로 풀어나가는 것이다. 이건 설계도와 프로그램이 제작자에 의해 완전히 공개되어 있기 때문에, 마인드스톰을 가지고 있다면 직접 만들어 볼 수 있다. 홈페이지
위에서 사용한 마인드스톰을 세 대까지 동원하고 거기에 스마트폰의 큐브 해법 앱을 추가하여 이런 무시무시한 물건도 만들 수 있다. 세상에서 큐브를 가장 빨리 푸는 레고 로봇으로 기네스북에 올라 있다. 몇 초 걸리는지는... 직접 보자.
레고가 아닌 전용 기계를 만들면 훨씬 빠른데, 현재 기네스북에 올라와있는 가장 빠른 기계는 1초도 안되어 큐브를 풀어낸다.
2018년 3월에는 단 0.38초만에 풀어내는 기계의 영상이 유튜브에 올라 있다.
간큐브에서 GAN ROBOT(간로봇)이라는 상품을 출시하였다. 이는 15초 내로 직접 큐브를 맞추어주는 로봇으로 공식 홈페이지 기준 94.99$에 판매하고 있다.
10. 제조사 루빅스
- 공식 홈페이지 (유럽)
- 루빅스코리아 홈페이지
한때 루빅스 사의 큐브가 주력으로 쓰이던 시절도 있었지만 이미 10년도 지난 일이고, 그때는 에디슨 큐브도 좋은 큐브에 속했었고 다른 경쟁력 있는 브랜드도 별로 없었던 때이다. 즉 시대 변화에 밀려났으나 오리지널로서의 가치만 남아서 명맥을 유지한 것.
2017년 챔피언십에서 간큐브와 함께 설계한 새로운 스피드큐브인 RSC가 공개되었다. 외부는 루빅스 타일 큐브의 모습인데, 내부 구조는 간에어의 구조다. 물론 가격은 비싸며 공식 사이트에서의 가격은 25달러.(2019년 기준으로 약 29700원)
블루투스 스마트 큐브인 루빅스 커넥티드(Rubik's Connected)는 평이 좋다. 다른 스마트 큐브와 '''견줄 수 있다'''는 것만으로도 말 다 했다. 엄밀히 따지면 자체 제작이라기보단 고큐브(GoCube)의 루빅스 에디션에 가깝고 오히려 부가 기능은 하위호환이지만 고큐브의 모양이 호불호가 갈린다는 점 때문에 스마트 큐브 내에서는 충분히 경쟁력이 있다.
한국 큐버들 사이에서는 큐브 개조사이트이자 동명의 고농도 윤활제를 만드는 곳인 lubixcube.com과 구분하기 위해 '''R빅스'''라고 부른다. 지금은 일을 하지 않으니 참고하시길. 괜히 사지 않길 바란다. 만약에 샀다면 페이팔로 다시 환불받을 수 있다.
[1] 현재는 '''한국''' 계명대학교 건축학 특임교수로 재임 중.[2] 헝가리인이기에, '루비크'가 성이다. 그래서 미국에서는 '에르뇨 루빅'이라 부른다.[3] 2×2×2 큐브는 코너 조각만을 가지고 있기 때문에 해법이 단순해진다는 단점이 있다.[4] 스티커의 접착력이 떨어진다.[5] 플라스틱 자체에 색깔이 있는, 일명 스티커리스라는 것도 있다. 한국에서는 믹스라고 불린다.[6] 위층을 45도 돌린 다음 에지 조각을 따면 된다. 요즘 큐브는 폭발 방지가 있기 때문에 드라이버로 분해하거나 코너를 벌려야 한다.[7] 종이로 몸체를 만들었으며 내부에는 18cm 크기의 큐브가 있다.[8] 괴물로 만들어 버린 일의 한가지 예로 라이어 게임(tvN)를 들 수 있다. 드라마의 12회에 하우진과 강도영이 어린 시절 루빅스 큐브를 맞추는 장면이 나오는데 무려 큐브를 12회전만에 맞춰내는 모습을 보여주었다. 참고로 현재 공인대회에서 선수들이 1시간을 꼬박 고민해 만든 세계기록이 16회전임을 알아두자. 참고로 최소회전수의 최댓값은 20으로, 19번 안에 맞출 수 없는 경우도 있다.(단 그 수는 상당히 적다) 하지만 신의 해법으로 맞추었을 때 12회전 이내에 맞추어질 수 있는 경우가 주어질 확률은 약 4.3x1013로 대략 100만 분의 1정도이다. 참고로 큐브의 가짓수가 43,252,003,274,489,856,000 (4.3×1019)이다. 즉, 12회전 이내에 맞춘 것은 신의 수로 맞출 수 있는 천재성 뿐만 아니라 운빨까지도 좋아야 할 것이다.