43 Trillionen Möglichkeiten 09.07.2024, 15:43 Uhr

Rubik’s Cube: 50 Jahre Zauberwürfel

Wer in den frühen 1980er Jahren Kind war, konnte sich der Faszination des Rubik’s Cube, dem Urahn aller Zauberwürfel, kaum entziehen. Im Jahr 2024 ist es bereits 50 Jahre her, dass der ungarische Bauingenieur und Architekt Ernő Rubik ihn erfunden hat. Wir blicken zurück auf eine faszinierende Geschichte, die bis in die Gegenwart reicht.

Rubriks Cube

Der Zauberwürfel hat eine ganze Generation von Kindern in Rätselfieber versetzt, nun ist er 50 Jahre alt und nach wie vor nicht in Vergessenheit geraten.

Foto: PantherMedia / Lindrik

Jede Erfindung hat ihren eigenen Ursprung. Für den Rubik’s Cube begann alles im Jahr 1974. In diesem Jahr entstand der erste funktionsfähige Prototyp und das Patent wurde angemeldet. Budapest, die Hauptstadt Ungarns, ist der Geburtsort dieses ikonischen Puzzles. Der Name seines Erfinders, Ernő Rubik, ist heute weltweit bekannt. Damals war Rubik Dozent an der Fakultät für Innenarchitektur an der Akademie der angewandten Kunst in Budapest.

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Die ersten Schritte zur Erfindung

Zwar ist der Zauberwürfel erst 1974 entstanden, doch es gibt eine längere Vorgeschichte. Ernő Rubik war leidenschaftlich an Geometrie und dreidimensionalen Formen interessiert. Er kombinierte diese Leidenschaft mit einem praktischen Ansatz in seiner Lehre.

Rubik nutzte Papier, Pappe, Holz und Plastik, um seine Ideen zu erklären, und ermutigte seine Studenten, mit einfachen Modellen zu experimentieren. Diese Experimente führten zu der Erkenntnis, dass selbst einfache Elemente, geschickt vervielfältigt und manipuliert, eine Vielfalt von Formen ergeben können. Dies war der erste Schritt auf dem langen Weg zur Erfindung des Zauberwürfels.

Die Herausforderung der Konstruktion

Rubiks Ziel war es, ein dreidimensionales Objekt zu erschaffen, das ästhetisch ansprechend und reich an Konfigurationsmöglichkeiten ist und eine größere geistige Herausforderung bietet als bisherige Puzzles. Es sollte ein Puzzle sein, das in all seinen möglichen Transformationen stets ein abgeschlossenes Ganzes bleibt.

Zunächst schien es unmöglich, dieses Ziel zu erreichen. Rubik dachte zunächst an einen 2x2x2 Würfel, den er mit Gummibändern zusammenhalten wollte. Er baute auch einen Prototypen davon mit 4 Würfeln aus Holz. Doch diese Konstruktion erwies sich als unpraktisch. Andere Alternativen wie Magnete oder Schienensysteme waren ebenfalls nicht geeignet. Ein völlig neues Konzept musste her.

Die Inspiration und die endgültige Form

Die Inspiration kam ihm, als er am Ufer der Donau Steine betrachtete, deren scharfe Kanten im Laufe der Zeit abgerundet worden waren. Die Innenseiten der Würfelelemente sollten eine ähnliche runde Struktur haben. Der innere Mechanismus des Würfels war im Wesentlichen zylindrisch und benötigte eine präzise Balance zwischen Festigkeit und Beweglichkeit.

Nachdem der Mechanismus perfektioniert war, bekamen die 54 äußeren Flächen des Würfels ihre Farben. Verschiedene Farb- und Musterkombinationen wurden ausprobiert, doch schließlich setzte sich das einfache und leicht unterscheidbare Sechs-Farben-Schema durch.

Bevor Rubik seine Erfindung 1975 zum Patent anmeldete, wollte er den Würfel zunächst selbst lösen. Wie er in einem Interview mit dem Spiegel zum Anlass des 30. Geburtstags erläuterte, brauchte er dafür mehrere Wochen. Prinzipiell wusste Rubik, dass es eine praktische Lösung geben muss, aber es gab auch Momente, wo er daran zweifelte. Damals gab es natürlich noch keine Lösungsbücher, die einem dabei helfen, das Rätsel schneller zu knacken.

Aufbau und Komponenten des Rubikwürfels

Ein Standard-Rubik’s Cube hat eine Kantenlänge von 57 mm, gemessen an den Mittelachsen. Es gibt jedoch auch Varianten mit unterschiedlichen Größen, wie beispielsweise 54,4 mm. Der Würfel ist in Höhe, Breite und Tiefe jeweils in drei Schichten unterteilt, die sich um 90 Grad um ihre Achsen drehen lassen. Dadurch können Position und Ausrichtung von 20 der insgesamt 26 Steine (die Mittelsteine sind fest verbaut) nahezu beliebig verändert werden. Die 26 Steine sind wie folgt angeordnet:

  • Mittelsteine: Die sechs Mittelsteine sitzen in der Mitte der Würfelflächen auf einem Achsenkreuz im Inneren des Würfels und behalten zueinander immer die gleiche Lage. Die Farbe des Mittelsteins gibt vor, welche anderen Steine auf diese Seite gehören und wie sie ausgerichtet sein müssen. Mittelsteine sind einfarbig.
  • Kantensteine: Die zwölf Kantensteine verbinden jeweils zwei benachbarte Flächen und werden von den Mittelsteinen dieser Flächen gehalten. Kantensteine haben zwei Farben.
  • Ecksteine: Die acht Ecksteine verbinden jeweils drei angrenzende Flächen an den Ecken des Würfels. Sie werden von den drei benachbarten Kantensteinen in Position gehalten und haben jeweils drei Farben.

Bei Speedcubes sind häufig Magnete in den Ecken und Kanten eingebaut, um dem Würfel eine bessere Stabilität zu verleihen und das Drehgefühl zu verbessern.

Der erste Erfolg

Als der Würfel fertig war, präsentierte Rubik ihn seinen Studenten und Freunden. Der Effekt war sofort sichtbar: Sobald jemand den Würfel in der Hand hielt, war es schwer, ihn wieder loszulassen. Das große Interesse überraschte Rubik, und es dauerte einige Monate, bevor er an die Möglichkeit dachte, den Würfel industriell herzustellen.

Schließlich übernahm ein Hersteller die Massenproduktion des Würfels. Wegen der Komplexität des inneren Mechanismus und der wirtschaftlichen Lage in Ungarn war dies keine einfache Aufgabe. Die Firma Politechnika, unter der Leitung von Lehel Takács und Ferenc Manczur, erkannte jedoch das Potenzial des Würfels und machte sich an die Arbeit. Es dauerte fast drei Jahre, bis Ende 1977 die ersten Würfel in den Budapester Spielzeugläden verkauft wurden.

Ohne jegliche Promotion oder Werbung fand der Würfel 1978 seinen Weg in die Hände faszinierter Jugendlicher in Wohnungen, auf Spielplätzen und in Schulen. Durch Mundpropaganda wurde der Würfel immer bekannter. Anfang 1979 gab es bereits enthusiastische Kreise von Würfelfans in verschiedenen Regionen Ungarns. Doch Ungarn lag hinter dem Eisernen Vorhang, und es dauerte eine Weile, bis die Popularität des Würfels den Westen erreichte.

Der Durchbruch im Westen

Zwei ungarische Männer, die im Westen lebten, bauten die Brücke für den Würfel. Dr. Tibor Laczi, in Budapest geboren und in Wien ausgebildet, arbeitete bei einer großen deutschen Computerfirma und entdeckte den Würfel auf einer Geschäftsreise. Er war sofort begeistert und brachte den Würfel zur Nürnberger Spielzeugmesse, in der Hoffnung, einen deutschen Spielzeughersteller zu finden. Obwohl er keinen großen Erfolg hatte, traf er Tom Kremer, einen erfolgreichen Spielzeug- und Spieleerfinder, der ebenfalls ungarischer Abstammung war.

Die beiden Männer beschlossen, den ungarischen Erfolg des Würfels weltweit auszudehnen. Dr. Laczi reiste nach Ungarn zurück, um die bürokratischen Mühlen in Bewegung zu setzen, während Tom Kremer eine weltweite Tour unternahm, um Spielzeughersteller auf den Würfel aufmerksam zu machen. Er war überzeugt, dass der Würfel sein volles kommerzielles Potential nur erreichen konnte, wenn er von einer großen internationalen Firma unterstützt wurde. Doch die meisten Firmen teilten seinen Enthusiasmus nicht. Sie hielten den Würfel für zu kompliziert und zu teuer in der Herstellung und zweifelten daran, dass seine Faszination im Fernsehen gezeigt werden könnte.

Tom Kremer ließ sich jedoch nicht entmutigen. Er setzte seine Suche fort und überzeugte schließlich Stewart Sims von der Ideal Toy Corporation, nach Ungarn zu kommen, um den Würfel in Aktion zu sehen. Im September 1979 war der Würfel in Ungarn bereits so populär, dass man ihn überall sehen konnte. Nach fünftägigen Verhandlungen wurde eine Bestellung über eine Million Würfel unterzeichnet.

Akademischer Durchbruch

Gleichzeitig entwickelte der englische Mathematiker David Singmaster ein tiefes Interesse an den theoretischen Problemen des Würfels. Im Juni 1979 schrieb er den ersten Zeitungsartikel außerhalb Ungarns über den Würfel, was zu einem weiteren Meilenstein führte: einem Artikel im Scientific American von Douglas Hofstadter, einer Autorität im Bereich Unterhaltungsmathematik.

Der Würfel machte sein internationales Debüt auf den Spielzeugmessen von London, Paris, Nürnberg und New York im Januar und Februar 1980. Mit Hilfe von Ernő Rubik, der seine Erfindung selbst vorstellte, hatte der Würfel sofort Erfolg. Die Nachfrage nach dem Würfel übertraf bald das Angebot. Die Produktion musste ausgeweitet werden, und neue Produktionszentren in Hongkong, Taiwan, Costa Rica und Brasilien wurden aufgebaut.

Mensch löst Zauberwürfel in etwa drei Sekunden

Erfolg auf ganzer Ebene

Der Würfel faszinierte Menschen aller Altersgruppen und sozialen Schichten. In Restaurants sah man ihn oft neben Salz und Pfeffer auf den Tischen, und vor allem die Jugend zeigte großes Geschick im Lösen des Puzzles. Sie gründeten Clubs, organisierten Wettbewerbe und litten unter dem „Rubik-Arm“, nachdem sie stundenlang gespielt hatten. Über 60 Bücher boten Lösungen für verzweifelte Spieler an, was die Verbreitung des Würfels weiter förderte.

Nachdem der Würfel in Ungarn den ersten Preis für herausragende Erfindungen erhalten hatte, gewann er 1980 auch in Deutschland, Frankreich, Großbritannien und den USA anerkannte Auszeichnungen. 1981 fand er seinen Weg in das New York Museum of Modern Art. Der Begriff „Rubik’s Cube“ wurde 1982 in das Oxford English Dictionary aufgenommen, ein Beweis für den tiefen Einfluss des Würfels auf die Gesellschaft.

Lösungsalgorithmen für den Rubik’s Cube

Mit den Lösungsbüchern war es relativ einfach, die Farben des Rubik’s Cube korrekt anzuordnen. Wer jedoch ohne Anleitung versuchte, den Würfel zu lösen, riskierte oft eine frustrierende Enttäuschung. Es gibt insgesamt 43.252.003.274.489.856.000 (43 Trillionen) mögliche Farbkombinationen, die durch Drehen entstehen können. Die Wahrscheinlichkeit, durch zufälliges Ausprobieren die richtige Lösung zu finden, ist daher äußerst gering.

Um den Rubik’s Cube erfolgreich zu lösen, braucht es ein systematisches Vorgehen, sowohl für Menschen als auch für Roboter. Verschiedene Algorithmen haben sich als effektiv erwiesen, obwohl sie bestimmten Einschränkungen unterliegen. Im Jahr 2010 wurde mathematisch bewiesen, dass einige besonders komplexe Anordnungen der Flächen mindestens 20 Rotationen benötigen. Dies ist das allgemein erreichbare Optimum. Aufgrund der enormen Anzahl an möglichen Kombinationen war für diesen Beweis der Einsatz von Computermethoden erforderlich.

Roboter löst Zauberwürfel in 0,3 Sekunden

Der Rubikwürfel im Geschwindigkeitsrausch

Nach dem Abklingen des Trends blieb das Lösen von Rubik’s Cubes als Sport erhalten, sowohl unter geschickten Menschen als auch unter den besten Lösungsrobotern. Tatsächlich konnten maschinelle Lösungen des Rubik’s Cubes lange Zeit nicht mit menschlichen Leistungen mithalten. Noch Anfang 2011 benötigte der schnellste Roboter 15 Sekunden, um den Würfel zu lösen, während Menschen deutlich schneller waren. Der aktuelle menschliche Weltrekord liegt bei wirklich schnellen 3,13 Sekunden.

Mittlerweile haben Roboter die Menschen jedoch überholt. Seit Mai liegt der neue Rekord für das Lösen eines Rubik’s Cubes durch einen Mitsubishi-Roboter bei unglaublichen 0,305 Sekunden. Zum Vergleich: Ein menschliches Augenzwinkern dauert zwischen 100 und 400 Millisekunden. Man könnte also das Lösen des Würfels tatsächlich verpassen, wenn man gerade blinzelt. Der neue Rekord ist um 0,075 Sekunden schneller als der bisherige, der 2018 von einem Roboter der MIT-Universität aufgestellt wurde.

Der Mitsubishi-Roboter trägt den offiziellen Namen TOKUI Fast Accurate Synchronized motion Testing Robot (TOKUFASTbot). Er kann eine 90-Grad-Rotation in nur 0,009 Sekunden ausführen. Ein KI-basierter Algorithmus erkennt die Farben, während die Kameras und anderen Komponenten für eine besonders schnelle Kommunikation miteinander ausgelegt sind, sodass der Roboter seine beeindruckende Geschwindigkeit erreichen kann.

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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