Cubo de Rubik

Antecedentes

El cubo de Rubik es un rompecabezas de juguete diseñado por Erno Rubik a mediados de la década de 1970. Es un dispositivo en forma de cubo formado por piezas de cubo más pequeñas con seis caras que tienen diferentes colores. El método principal de fabricación implica el moldeo por inyección de las diversas piezas componentes, luego el posterior ensamblaje, etiquetado y empaquetado. El cubo fue extremadamente popular durante la década de 1980, y en su apogeo entre 1980 y 1983, se vendieron 200 millones de cubos en todo el mundo. En la actualidad, las ventas continúan superando los 500.000 cubos vendidos en todo el mundo cada año.

El cubo de Rubik parece estar formado por 26 cubos más pequeños. En su estado resuelto, tiene seis caras, cada una formada por nueve pequeñas caras cuadradas del mismo color. Si bien parece que todas las caras pequeñas se pueden mover, solo las esquinas y los bordes pueden moverse. Los cubos centrales son fijos y solo giran en su lugar. Cuando se desmonta el cubo, se puede ver que los cubos centrales están conectados por ejes a un núcleo interno. Las esquinas y los bordes no se fijan a nada. Esto les permite moverse alrededor de los cubos centrales. El cubo mantiene su forma porque las esquinas y los bordes se mantienen en su lugar y son retenidos por los cubos centrales. Cada pieza tiene una pestaña interna que es retenida por los cubos centrales y atrapada por las piezas circundantes. Estas pestañas tienen la forma de encajar a lo largo de una pista curva que se crea por la parte posterior de las otras piezas. Los cubos centrales se fijan con resorte y remache y retienen todas las piezas circundantes. El resorte ejerce la presión adecuada para mantener todas las piezas en su lugar al tiempo que brinda suficiente flexibilidad para una función suave y tolerante.

Historial

Los fabricantes de rompecabezas han estado creando problemas para que las personas los resuelvan durante siglos. Algunos de los primeros acertijos se remontan a la época de los antiguos griegos y romanos. Los chinos tienen un rompecabezas de anillos que se cree que se desarrolló durante el siglo II A.D. Esto fue descrito por primera vez por el matemático italiano Girolamo Carolano (Cardan) en 1550. Cuando se inventó la imprenta, circularon libros completos de problemas matemáticos y mecánicos diseñados específicamente para la recreación.

A partir de estos primeros acertijos y problemas verbales, se desarrollaron naturalmente los rompecabezas de juguete. En 1857, el matemático irlandés Sir William Hamilton inventó el rompecabezas icosiano. En algún momento alrededor de 1870, se introdujo el famoso 15 Puzzle, según se informa por Sam Lloyd. Este rompecabezas involucraba fichas numéricas que debían colocarse en orden y se hizo extremadamente popular a principios del siglo XX. En 1883, el matemático francés Edouard Lucas creó el rompecabezas de la Torre de Hanoi. Este rompecabezas estaba compuesto por tres clavijas y varios discos de diferentes tamaños. El objetivo era colocar los discos en las clavijas en el orden correcto.

Hay varios rompecabezas que involucran baldosas cuadradas de colores y cubos de colores. Algunos de los primeros precursores del cubo de Rubik incluyen dispositivos como el Katzenjammer y el rompecabezas Mayblox. El rompecabezas de Mayblox fue creado por el matemático británico Percy MacMahon a principios de la década de 1920. En la década de 1960, Parker Bothers presentó otro juguete tipo rompecabezas de cubo llamado Instant Insanity. Este juguete alcanzó un nivel moderado de popularidad en los Estados Unidos. La década de 1970 trajo consigo un dispositivo llamado Pyraminx, que fue inventado por Uwe Meffert. Este juguete era una pirámide que tenía piezas móviles que debían alinearse según el color.

Erno Rubik, arquitecto y profesor de la Universidad de Budapest, desarrolló el primer prototipo funcional del cubo de Rubik en 1974. Recibió una patente húngara en 1975. Aparentemente, también fue diseñado de forma independiente por Terutoshi Ishige, un ingeniero de Japón, que recibió una patente japonesa en 1976. El profesor Rubik creó el cubo como una ayuda didáctica para sus estudiantes para ayudarlos a reconocer relaciones espaciales tridimensionales. Cuando mostró el prototipo funcional a sus estudiantes, fue un éxito inmediato.

Durante los siguientes años, Rubik trabajó con un fabricante para permitir la producción del cubo a gran escala. Después de tres años de desarrollo, los primeros cubos estaban disponibles en los estantes de las jugueterías de Budapest. Si bien el cubo siguió siendo popular en Hungría, la atmósfera política de la época dificultó su introducción en los Estados Unidos. Los dos hombres más responsables de hacer del cubo un éxito internacional fueron el Dr. Laczi Tibor y Tom Kremer de Seven Towns Ltd., Londres. Seven Towns obtuvo la licencia del invento del cubo Rubik del profesor Rubik para su distribución mundial. El Dr. Tibor trabajó dentro de Hungry para convencer a los burócratas de que permitieran que la tecnología saliera del país. Kremer fundó un fabricante de juguetes estadounidense, la empresa Ideal Toy, que estaba dispuesto a ayudar a comercializar el producto. El producto fue un éxito inmediato y durante la década de 1980 se vendieron más de 200 millones de cubos. Alrededor de 1983, la frenética popularidad del cubo comenzó a decaer y las ventas se desaceleraron drásticamente. Se mantuvo en producción a pequeña escala hasta que Seven Towns se hizo cargo de la comercialización y concedió la licencia del cubo Rubik a Oddzon Company para el mercado estadounidense en 1995. Desde entonces, las ventas han aumentado constantemente a más de 500.000 unidades al año.

Diseño

La parte más importante en la fabricación de un cubo de Rubik es diseñar el molde para las distintas piezas. Un molde es una cavidad tallada en acero que tiene la forma inversa de la pieza que producirá. Cuando se coloca plástico líquido en el molde, toma la forma del molde cuando se enfría. La creación del molde es extremadamente precisa. La cavidad está muy pulida para eliminar cualquier defecto en la superficie. Cualquier defecto se reproduciría en cada uno de los millones de piezas que producirá el molde. En la fabricación de las piezas del cubo, se emplea típicamente un molde de dos piezas. Durante la producción, las dos piezas del molde se juntan para formar la pieza de plástico y luego se abren para liberarla. La herramienta incluye pasadores de expulsión que liberan las piezas moldeadas de las herramientas a medida que se abre. Todas las piezas están moldeadas con herramientas de compuerta automática que quitan automáticamente las piezas del bebedero a medida que se expulsa. Los moldes también se producen con un ligero ahusamiento, llamado ángulo de liberación, que ayuda en la extracción. Finalmente, cuando se diseñan los moldes, son un poco más grandes que las piezas que finalmente producirán. Esto se debe a que a medida que los plásticos se enfrían, se encogen. Los diferentes plásticos tendrán una tasa de contracción diferente, y cada herramienta debe diseñarse específicamente para el material que se utilizará.

El cubo comercial está compuesto por seis cubos fijos, ocho cubos móviles en las esquinas y 12 cubos móviles en los bordes. Cada cubo es uno de seis colores. El cubo de Rubik tiene colores rojo, amarillo, azul, verde, blanco y naranja. En su estado resuelto, cada color está en una sola cara. Cuando se gira el cubo, los bordes y las esquinas se mueven y el cubo se revuelve. El desafío del rompecabezas es restaurar cada cubo a su posición original. El cubo es extremadamente desafiante porque hay poco más de 43 trillones (4,3 × 10 ¹⁹ ) posibles arreglos, y solo una solución.

El cubo de Rubik estándar tiene lados de aproximadamente 2,2 pulgadas (5,7 cm) por cuadrado. También se han producido otros tamaños, como un minicubo de 3,8 cm (1,5 pulgadas), un microcubo de llavero de 2 cm (0,8 pulgadas) y un cubo gigante de 9 cm (3,5 pulgadas). Si bien el cubo estándar es una segmentación de 3 × 3 × 3, también se han introducido otros tipos. Algunos de los más interesantes incluyen el cubo de 2 × 2 × 2, el cubo de 4 × 4 × 4 (llamado Rubik's Revenge) y el cubo de 5 × 5 × 5. La forma también ha sido variada y los rompecabezas en forma de tetraédrico, pirámide y octaédrico se encuentran entre los tipos que se produjeron. El cubo de Rubik también condujo al desarrollo de derivados del juego como el rompecabezas del cubo de Rubik y el borrador del cubo de Rubik.

Materias primas

Las piezas individuales que componen el cubo de Rubik se producen normalmente a partir de plástico. Los plásticos son materiales de alto peso molecular que se pueden producir mediante diversas reacciones químicas llamadas polimerización. La mayoría de los plásticos utilizados en un cubo de Rubik son termoplásticos. Estos compuestos son rígidos, duraderos y se pueden moldear permanentemente en varias formas. Los plásticos utilizados en el cubo de Rubik son acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y nailon. Otros plásticos que pueden usarse incluyen polipropileno (PP), poliestireno de alto impacto (HIPS) y polietileno de alta densidad (HDPE).

Con fines decorativos, normalmente se agrega un colorante al plástico. Las piezas de un cubo de Rubik suelen ser negras. Durante la producción, se colocan pegatinas de colores en el exterior del cubo para indicar el color de un lado. Los plásticos que se utilizan durante la producción se suministran al fabricante en forma de gránulos completos con el relleno y los colorantes. Estos gránulos se pueden cargar directamente en las máquinas de moldeo.

El
proceso de fabricación

La fabricación de los primeros prototipos del cubo de Rubik fue a mano. A fines de la década de 1970, se desarrollaron métodos para la producción en masa y se siguen utilizando en la actualidad. Por lo general, la producción es un proceso paso a paso que implica el moldeo por inyección de las piezas, unir las piezas, decorar el cubo de Rubik y empaquetar el producto terminado.

Molduras

• 1 Cuando se inicia la producción, los gránulos de plástico se transforman en piezas de cubo de Rubik mediante moldeo por inyección. En este proceso, los pellets se colocan en la tolva de una máquina de moldeo por inyección. Se funden cuando se pasan a través de un tornillo controlado hidráulicamente. A medida que gira el tornillo, el plástico derretido se transporta a través de una boquilla y se fuerza físicamente, o se inyecta, en el molde. Justo antes de la llegada del plástico fundido, las dos mitades del molde se juntan para crear una cavidad que tiene la forma idéntica de la parte del cubo de Rubik. Puede ser un borde, una esquina o la pieza central. Dentro del molde, el plástico se mantiene bajo presión durante un tiempo específico y luego se deja enfriar. Mientras se enfría, el plástico se endurece dentro del molde. Una vez transcurrido el tiempo suficiente, se abren las mitades del molde y se expulsan las piezas del cubo. A continuación, el molde se vuelve a cerrar y el proceso comienza de nuevo. Cada vez que la máquina moldea un conjunto de piezas es un ciclo de la máquina. El tiempo de ciclo del cubo de Rubik es de alrededor de 20 segundos.
• 2 Una vez que las piezas del cubo se expulsan del molde, se dejan caer en contenedores y se inspeccionan a mano para asegurarse de que no se utilicen piezas significativamente dañadas. El material de desecho del bebedero se reserva para ser reutilizado o desechado. El material de desecho se puede triturar y volver a fundir para fabricar piezas nuevas; sin embargo, el material rectificado puede degradarse y provocar piezas de mala calidad. Los cubos de Rubik siempre están hechos de material virgen y nunca utilizan residuos plásticos triturados.

Montaje de piezas

• 3 Las piezas del cubo de Rubik se llevan a una línea de montaje. En esta fase de producción, se ensamblan las piezas individuales del cubo. Comenzando con el núcleo de nailon, cada cubo central de ABS está remachado al núcleo con un espaciador de resorte. El remache se controla cuidadosamente con un tope de profundidad para garantizar que el resorte se comprima en la cantidad correcta. Cada cubo central tiene una cubierta de plástico que se pega para ocultar el remache. Uno de los seis cubos centrales se deja hasta la última parte del ensamblaje. Los bordes y las esquinas de ABS se apilan individualmente alrededor del núcleo. El cubo se construye de abajo hacia arriba y la última pieza que se ensambla es el cubo central final que nuevamente se remacha en el núcleo con un espaciador de resorte y se pega la tapa final.

Etiquetado

• 4 A continuación, se deben etiquetar las caras del cubo de Rubik. Las etiquetas están hechas de material de polipropileno en hoja que está impreso con los colores. A continuación, la hoja impresa de PP se lamina con una cubierta protectora transparente de PP. A continuación, el material se troquela con las etiquetas enrolladas en rollos. Las etiquetas están hechas con los nueve cuadrados de cada cara alineados exactamente. De esta forma las etiquetas se pueden alinear perfectamente cuando se aplican al cubo.

Embalaje

• 5 Una vez completado todo el etiquetado, los cubos se colocan en su embalaje final. Puede ser una caja pequeña que tenga un folleto de instrucciones incluido o un blíster de plástico con un respaldo de cartón. El paquete tiene el doble propósito de proteger el cubo de Rubik de los daños causados ​​por el envío y la publicidad del producto. Los paquetes de cubo de Rubik se colocan en cajas y se mueven a un palé. A continuación, los palets se cargan en camiones y los productos se envían a todo el mundo.

Control de calidad

Para asegurarse de que cada juguete sea un producto de alta calidad, los inspectores de control de calidad verifican el producto en cada fase de producción. Los gránulos de plástico entrantes se prueban químicamente para determinar si cumplen con ciertas especificaciones químicas. Estos incluyen controles de apariencia, color, punto de fusión, toxicidad y peso molecular.

La calidad de las piezas individuales también se inspecciona justo después de salir del molde. Dado que diariamente se fabrican miles de piezas, una inspección completa sería difícil. En consecuencia, los inspectores de línea pueden verificar aleatoriamente las piezas de plástico a intervalos de tiempo fijos y verificar que cumplan con las especificaciones de tamaño, forma y consistencia. Este método de muestreo proporciona una buena indicación de la calidad de la producción general del cubo de Rubik. Las cosas que se buscan incluyen piezas deformadas, piezas mal ajustadas y etiquetado inadecuado. Si bien la inspección visual es el método de prueba principal empleado, también se pueden realizar mediciones más rigurosas. El equipo de medición se utiliza para verificar la longitud, el ancho y el grosor de cada pieza. Normalmente, se utilizan dispositivos como un pie de rey, un micrómetro o un microscopio. Justo antes de colocar un cubo en el paquete, se puede torcer para asegurarse de que se mantenga unido y funcione correctamente. Esto se puede hacer a mano o con una máquina giratoria. Si se descubre que un juguete está defectuoso, se deja a un lado para volver a trabajarlo más tarde.

El futuro

Si bien la extrema popularidad del cubo de Rubik disminuyó alrededor de 1984, ha El cubo de Rubik comienza con un núcleo de nailon. Luego, los cuadrados de plástico se unen de abajo hacia arriba y las etiquetas se colocan en último lugar. recientemente hizo un regreso significativo. Esto ha sido el resultado de los impresionantes esfuerzos de marketing de Seven Towns. En el futuro, este esfuerzo de marketing debería seguir aumentando las ventas del cubo de Rubik. Además del cubo, se han introducido otros acertijos derivados, incluida la serpiente de Rubik, la triamida de Rubik y el rompecabezas mágico plegable de Rubik. Se espera que también se introduzcan nuevas variantes en un futuro próximo.

Dónde obtener más información

Libros

Chabot, J. F. El desarrollo de maquinaria y métodos de procesamiento de plásticos. Brookfield:Sociedad de Ingenieros Plásticos, 1992.

Othmer, Kirk. Enciclopedia de tecnología química. Vol. 22 de febrero de 1992.

Rubik, E. Compendio cúbico de Rubik. Prensa de la Universidad de Oxford, 1987.

Seymour, R. y C. Carraher. Química de polímeros. Nueva York:Marcel Dekker, Inc., 1992.

Otro

Seven Towns Ltd. Página web en línea de Rubik. 27 de septiembre de 2001. .

Patente de Estados Unidos núm. 4378116.

Patente de Estados Unidos núm. 4471959.

Página web del Museo Virtual del Rompecabezas. 27 de septiembre de 2001. .

Perry Romanowski

Steven Perrin