機械智力玩具也稱為實體智力玩具，是一種由一些互相連線或是可組合的元件所組成的智力玩具，其玩法是要移動、旋轉或是組合元件，達到最終的狀態。這類益智玩具早在公元前三世紀就已出現，現今最出名的是 1974 年由匈牙利建築師魯比克艾爾諾發明的魔方。機械智力玩具一般是設計給單人玩，其目的是讓玩家發現智力玩具中的規則，依規則將智力玩具調整正確的位置，而不是用嘗試錯誤法，恰巧將智力玩具調整正確的位置。機械智力玩具也常用在智力測驗或是解決問題的訓練中。 歷史 目前已知年代最早的智力玩具是源自希臘的，在公元前三世紀就已出現。此智力玩具是由十四塊可以組合成正方形的板所組成，目的是要用這十四塊板產生不同的圖形，有相當的困難度。 伊朗的 puzzlelocks 早在西元十七世紀就已問世。 中國的七巧板大約在西元 1800 年左右開始流行，20 年後流傳到歐洲及美國。德意志帝國魯多爾施塔特的 Richter 公司約在 1891 年製作大量類似七巧版，有許多片可以組合的智力玩具，稱為 Ankerpuzzles。 1893 年時，Angelo John Lewis 用其筆名 Professor Hoffman，寫了名為《Puzzles Old and New》。其中包括了四十個有隱藏開啟機構的智力玩具。此書後來擴充為智力玩具的參考書，還有近代的版本。 智力玩具在二十世紀初開始大幅流行，也出現第一個智力玩具的專利。隨著聚合物的發明，許多智力玩具的生產變得簡單，價值也因此變得便宜。 美國歷史學家 Jerry Slocum 在 1993 年成立了 Slocum Puzzle Foundation，是有關智力玩具推廣和教育的非營利組織，有進行智力玩具的收集、展覽、發表等。 種類 組合型智力玩具 這個分類中的智力玩具一開始是分開來的元件，目的是要組合成特定的外形。其中包含了皮亞特海恩製作的索馬立方、所羅門格倫布發明的五格骨牌拼圖、「Ankerpuzzles」、七巧板與其他，以及目的是將一些零件放入看似無法容納的箱子裡的玩具等。 就是這類智力玩具的例子，其目的是要將 27 塊長度為 A B C 的長方體放在長度為 ABC 的箱子裡，需符合以下的條件： A B C 均不相等 A B C 中的最小值需大於 ABC4 其中一個可能組合是 A18 B20 C22，箱子大小是 606060。 現今的工具（例如雷射切割）可以製作複雜二維的木頭或是壓克力智力玩具。近來來這也成為主流，也已有許多人設計的非凡裝飾性幾何形狀的拼圖。 電腦也可以用來製作新的智力玩具。電腦也可以用來針對問題的窮舉搜尋，可以設法設計智力玩具，使其有最少的解，或是有最多步數的解。因此會讓智力玩具的求解變得異常困難。 分解型智力玩具 這類的智力玩具的玩法是需將智力玩具開啟或是分解為各元件。其中包括了有隱藏開啟機構，需用試誤法開啟的智力玩具。有一種智力玩具是以用特定方式組合的數個金屬元件，要設法將其開啟，也是屬於這類的智力玩具。 圖中的二個智力玩具是社交聚會中好用的道具，看起來很容易開啟，但其實很多人是無法解開的。問題主要是在互鎖件的形狀，配合的表面是有錐度的，因此只能以一個方向取出。但每一個元件都有二個傾斜方向相反的錐度，和相鄰件組合，因此不論以哪一個方向都無法移除該元件。 秘密盒是有隱藏開啟機構的盒子，在日本特別流行，也屬於分解型智力玩具。這類的盒子一般包括了多少有些複雜性，從外面無法看出的開啟機構，在開啟時會露出內部的一個小空間。開啟機構有很多種，包括幾乎看不到，需要移動的鑲板，傾斜機構、磁力鎖，需要將特定面朝上才能開啟的移動插銷，甚至有些是，需將盒子以一定角度維持一段時間，等液體充滿其中特定容器時才能開啟。 互鎖型智力玩具 互鎖型智力玩具是由一個或是多個元件固定住其他的元件，或是各零件彼此鎖合。遊戲的目標是要完全分解此智力玩具，再組合成原來的樣子。和組合型智力玩具不同的是，互鎖型不論是分解或是組合都可能很困難，通常無法直接輕易地將零件分開。其困難度一般會以在取出第一個元件之前需移動的次數來計算。近代的智力玩具還加入了可旋轉零件的機制。 這類智力玩具目前可以追溯到 18 世紀初 David Darling The Universal Book of Mathematics From Abracadabra to Zenos Paradoxes page 49 John Wiley Sons 2004 The Burr Puzzle Site Historical overview IBM Research 1997 archived 3 November 2012。1803 年時，Bastelmeier 目錄中包括兩個這類的智力遊戲。Professor Hoffman 的智力玩具書中也包括兩個互鎖型智力玩具。 日本人在 19 世紀初佔據了這類智力玩具的市場，他們開發了各種形狀（包括動物、房屋等）的智力遊戲，而西方的玩具還是以幾何圖案為主。 靠著電腦的協助，目前已經可以分析一整組智力玩具。此作法源於 Bill Cutler，分析了所有中國的魯班鎖。從 1987 年 10 月到 1990 年 8 月之間，用電腦分析了 35657131235 種不同的變化。利用和中式智力玩具不同的形狀，其難度可以提昇到取出第一個元件前，要先進行將近 100 次的移動，這是人難以掌握的程度。分析過程中，最困難的點在於只要稍微增加元件數量，解開所需的步驟就會翻倍。一直到 2003 年 Owen、Charnley 和 Strickland 的設計計劃之後，電腦才可以有效分析元件沒有直角的智力玩具。 美國智力玩具設計師自 1960 年代起就以菱形十二面體為基礎設計智力玩具。其中用了有三個邊或是六個邊的長形元件。這類的智力玩具常常會有非常不規則的元件，到最後一步才組合成常見的形狀。而且，元件中 60 的角讓多個元件可以同時移動。像是 Rosebud 智力玩具就是這類最好的例子。在此智力玩具中，六個元件需從各自的位置移到玩具的中心，在該位置上，這些元件只有尖角會互相接觸到。 解鎖型智力玩具 解鎖型智力玩具（disentanglement puzzle）的目的是將金屬或是繩環與另一個物體分離。圖中的智力玩具是 derringer puzzle，看似簡單，其實相當有挑戰性，許多智力玩具網站評價為最難的智力玩具之一。 Vexier 是另一類的解鎖型智力玩具，由二個或多個已互鎖在一起的金屬框架組成，目的則是要將框架分開。這類遊戲也是在 19 世紀末的智力玩具熱潮時開始傳播。目前看到的 Vexier，大部份都起源於該時期。 九連環也是類似 Vexier 的遊戲。九連環的目的是要將一個 U 型長桿從九個鐵環和鐵桿中取出，也有鐵環個數較少的版本，解開這類遊戲需要的步數隨環的數量呈指數成長。其解法的數學結構和二進位制葛雷碼的結構相同（葛雷碼相鄰二個數字之間只相差一個位元）。 九連環也稱為 Chinese rings、Cardans rings、Baguenaudier 或 Renaissance puzzle，是盧卡帕西奧利的手抄本 De Viribus Quantitatis 中的問題 107。吉羅拉莫卡爾達諾在其 1550 年版的 De subtililate 中也有提到。 九連環也和中古時期的故事有關，在故事中，騎士會將九連環送給妻子當禮物，在騎士出征時妻子可以以此打發時間。由鋼製成的 Tavern puzzles 是用鍛造方式製成，是鐵匠學徒鍛煉其工藝的好機會 Ronald V Morris Social Studies around the Blacksmiths Forge Interdisciplinary Teaching and Learning The Social Studies vol98 No3 MayJune 2007 pp99104 Heldref Publications 。 物理學家尼爾斯玻爾曾用名為的解鎖型智力玩具，來和學生講解自旋的特性。 摺疊 摺疊型智力玩具的目的是要摺疊有印刷的紙張，讓紙張上出現特定的圖案（例如讓 4 個數字彼此相鄰，形成較大的正方形）。 另一種摺疊型智力玩具是折疊內容說明書和地圖。雖然可以從折線上看出折疊方向，但要摺回原始的形狀可能會很困難。原因是其折疊方式是為了折紙機所設計，其最佳摺疊方式和一般人會想到的摺疊方式可能不同。 鎖 這類的智力玩具也稱為魔鎖（trick lock），是有特殊上鎖機構的鎖（多半是掛鎖），目的就是要將鎖開啟。就算有鎖匙，這類的鎖也無法用一般開鎖的方式開啟。有些鎖要恢復到上鎖的狀態也相當困難。 魔瓶 魔瓶（Trick vessels）智力玩具的目的是要在不浪費其中任何液體的條件下，將瓶中的液體倒出。Puzzle container 是古代就有的魔瓶玩具。希臘人以及腓尼基人都有從下方開口中注入液體的容器。第九世紀時在土耳其的書上有提到許多這類的容器。十八世紀時中國也有製作這類容器。 就是一種魔瓶，其容器頸部有許多的洞，可以從這些洞將液體注入容器中，但無法從這些洞將容器倒出。七巧壺中有一個管路，是透過握把一直到壺嘴，液體可以從此處流出容器。 也是魔瓶的一種。 需靈巧操作的玩具 這類的玩具嚴格來說不算智力玩具，過程中需要的是靈巧、反應以及耐性。最常見的是要讓木盒以特定方向傾斜，使球可以滾到目的地，但中途不能掉到其他的洞裡。 Combination puzzle 這類智力玩具需要多次的操作（移動或是旋轉智力玩具），讓智力玩具達到要求的特定狀態。其中最著名的有魔方以及河內塔。 這類智力玩具也包括了滑塊類遊戲，需移動滑塊到正確的位置，其中著名的有數字推盤遊戲、華容道及塞車時間。倉庫番是類似概念的電子遊戲。 魔方造成這類遊戲的大爆發，也出現了許多的變體。包括不同階數的魔方，從二階魔術方塊到 33 階魔術方塊都有，也有其他的幾何圖案，例如正四面體及正十二面體。也有魔方是將原來立方體魔方的某一層移除，或是在轉動過程可能會是不規則中的形狀。 這類遊戲中有些比較簡單，可以用試誤法找到答案。有些（像三階魔方）比較困難，需要知道其原理，才能依原理求解。 其中著名的機械智力玩具 九連環，中國古代的機械智力玩具。 ：任天堂出的機械智力玩具。 ：捷克流行的機械智力玩具。 相關條目 貝德蘭姆立方 ，許多機械智力玩具的設計者 拼圖戒 參考資料 延伸閱讀 Puzzles Old New by Professor Hoffmann 1893 Puzzles Old and New by Jerry Slocum Jack Botermans 1986 New Book of Puzzles by Jerry Slocum Jack Botermans 1992 Ingenious Diabolical Puzzles by Jerry Slocum Jack Botermans 1994 The Tangram Book by Jerry Slocum 2003 The 15 Puzzle by Jerry Slocum Dic Sonneveld 2006 Category 機械智力遊戲