第一传奇：第一只具备全部五根手指的功能性仿生手

寂静回声

在机器人技术还仅仅是一个遥远梦想的时代，一场非凡的变革正在南斯拉夫联邦塞尔维亚共和国贝尔格莱德市的一间实验室中悄然发生。
20世纪60年代末，在“米哈伊洛·普平”研究所（Mihajlo Pupin Institute），一支富有远见的科学家团队成功研制出世界上第一只具备全部五根手指的功能性仿生手——这项突破性的发明被国际社会誉为The Belgrade Hand。
在拉伊科·托莫维奇教授（Professor Rajko Tomović）的带领下，一支年轻的科研团队踏入了人形机器人这一前所未有的领域。当时，南斯拉夫正大力投资科学与创新，但很少有人预料到，贝尔格莱德竟会成为全球仿生技术的中心。

托莫维奇的雄心壮志十分大胆：他要打造一只人工手，使其行为不像机械工具，而更像是人体自然的延伸。

这项发明之所以具有革命性，就在于其极高的精确度以及模仿人类手部自然动作的能力。


The Belgrade Hand的关键创新包括：
五根功能齐全且可独立驱动的手指；
集成的触觉传感器，能够感知压力和触碰；
肌电控制系统，可读取使用者残肢肌肉发出的信号；
多种抓握模式，从精细的捏取到全手握持。



与当时普遍仅配备两个机械钳爪的假肢不同，The Belgrade Hand能够：握住玻璃杯、轻柔地抓取易碎物品，并同时实现复杂的整手动作和精细的手指操作。毫不夸张地说，它是当时全球最先进的假肢手。
1963年由贝尔格莱德大学电气工程学院的拉伊科·托莫维奇教授（Prof. Rajko Tomović）和米兰·拉基奇教授（Prof. Milan Rakić）共同设计。
1966至1967年间，他们又开发出了改进型。

在该成果公布后，美国、日本及欧洲各地的研究团队纷纷开始研究这项前所未有的发明。有报道称，美国国家航空航天局（NASA）曾审阅过其设计原理，而日本的机器人实验室也公开承认它对早期人形机器人设计产生了重要影响。
南斯拉夫由此证明，自己完全有能力与世界最尖端科技国家并驾齐驱。


The Belgrade Hand attached to Minsky's hydraulic Tentacle arm,Minsky就是与计算机科学家John McCarthy等人被并称为“人工智能之父”的那位。
当时其他机械手，比如Utah-MIT hand，

需要非常复杂的计算机控制系统，因为每根手指的每个关节都必须单独控制。而在The Belgrade Hand中，只要任意手指表面接触到物体，就会自动触发抓握动作，并持续进行，直到所有手指上的压力大致相等为止。因此，这只手无需任何外部控制，就能自适应任意形状的物体。这正是它的关键创新所在。
米哈伊洛·普平研究所（Mihajlo Pupin Institute）很快成为科学进步的象征，除了The Belgrade Hand之外，该研究所还研制了南斯拉夫首批工业机器人、自动化机械臂以及开创性的控制论系统。正是这一遗产，使得许多专家至今仍将塞尔维亚称为欧洲这一地区“机器人技术的摇篮”，而这一切始于The Belgrade Hand。

为了进一步了解人形机器人技术的起源，米哈伊洛·普平研究所的科学顾问、教授博士亚历山大·罗迪奇（Aleksandar Rodić）近日在欧洲新闻台塞尔维亚频道（Euronews Serbia）分享了相关见解，介绍了由武科布拉托维奇教授（Prof. Vukobratović）提出的“零力矩点”（Zero Moment Point, ZMP）理论，以及其他由该所研究人员取得的开创性成果。
其中一只原始的The Belgrade Hand目前陈列于贝尔格莱德科学技术博物馆，其余则收藏于世界各地的机构中。


在2022年维也纳欧洲放射学大会上通过先进放射学技术（动态成像）揭示Belgrade Hand奥秘，

尽管“Belgrade Hand”并未被用作骨科辅助装置或投入临床应用，但它对全球其他假肢的研发以及人形机器人在科学与医学多个领域的发展产生了深远影响。这项机械手的研究进一步推动了米哈伊洛·普平研究所（Mihajlo Pupin Institute）在机器人领域的活动，并于1967年成立了东南欧首个机器人实验室。
如今，著名的“Belgrade Hand”以前所未有的方式再度焕发生机。借助现代放射学技术的进步，我们得以深入观察并惊叹于这一假肢装置的内部运作机制——正是它激发了席卷全球的机器人革命，持续改变着当今乃至未来人们的生活和各行各业。通过动态成像（即运动视频）技术，人们首次从内部清晰看到这一技术在执行精细动作时所展现的惊人细节。
https://www.youtube.com/watch?v= ... WRlIEhhbmRzIA%3D%3D

拉伊科·托莫维奇（Rajko Tomović，1919–2001）是塞尔维亚及南斯拉夫的科学家，他在机器人学、医学信息技术、生物医学工程、康复工程、人工器官等多个领域开展了开创性的研究项目。他被正式认定为1963年在贝尔格莱德研制出世界上第一只五指仿生手的发明者。此后，他与洛杉矶南加州大学（University of Southern California）的机器人专家治·贝基（George Bekey）合作开发了“USC Belgrade Hand，这一版本成为机器人手发展史上的里程碑之作。


关于托莫维奇手的一些说法，由参与其第二代改进版研发的乔治·贝基（George Bekey）提供。
访谈：南加州大学的乔治·贝基谈机器人手的过去与未来
作者：Jose Fermoso
2008年9月26日 | 下午4:57


20世纪80年代由南加州大学（USC）与贝尔格莱德合作开发的“Belgrade Hand”虽然无法切割人体组织，却在机器人手的发展史上起到了关键作用。这款机械手以其真正拟人化（类人）的设计著称，拥有四根手指和一个对生拇指，具备5个自由度，并且是历史上第一款能够完成真正握手动作的机械手。
该手可承重达5磅，配备四个电机和14个力传感器，能提供每个手指位置的对数算法。这一技术对所有后续机器人手的发展都至关重要。此后，研究人员又加入了“滑动反馈”机制，使所有手指能自动调整以稳定抓握不规则或易滑落的物体。

我们联系到了机器人学先驱乔治·贝基——USC Belgrade Hand的创造者，同时也是南加州大学计算机科学荣休教授，请他谈谈机器人手运动的起源以及未来的发展方向。

Wired.com：您之前曾提到，USC Belgrade Hand在当时并未获得应有的知名度。为什么会这样？在您看来，它有哪些突出之处？
乔治·贝基教授（Prof. George Bekey）：
当时主流的两款机械手分别是Ken Salisbury在麻省理工学院（MIT）实验室开发的the Salisbury 3-fingered hand，

以及五指的Utah-MIT hand。前者后来成为了一款成功的商业化产品，而后者则是当时所开发的最精密的机械手，主要也是由John Hollerbach在MIT主导研制。美国国家科学基金会（NSF）曾拨出10笔各10万美元的经费，资助各大学购买这款Utah-MIT hand。
当我和托莫维奇（Tomović）将这款手带到南加州大学（USC）并为其增加传感与控制功能时，我在机器人领域还是一名初学者。但我未能筹措到足够的资金，来设计和制造一款更先进、更可靠的机械手。
我确实获得了一些经费，用于将这只手作为假肢设备进行实验，但其面临的问题主要在于：截肢者残肢难以有效控制该设备，以及机械手本身整体可靠性不足。尽管如此，我相信我们为这款机器人手作为假肢所提出的控制理念是非常出色的。


W：这只机械手的研发是什么时候开始的？
GB：这项工作是前南斯拉夫贝尔格莱德大学的拉伊科·托莫维奇（Rajko Tomović）教授和我共同合作的项目。托莫维奇在二战结束后开发了这款手，目的是为战争中失去手掌的退伍军人提供假肢。他成功从美国国立卫生研究院（NIH）获得了该项目的资助，但当时的手并不成功。它过于复杂、可靠性不足等等。不过，其核心理念制造一只能够自动适应被抓物体形状的机械手是完全正确的。
W：当年您和您的团队在研发这只手时，面临的主要挑战有哪些？包括技术层面以及大学体制内部的困难？
GB：在托莫维奇早期研发之后，南加州大学（USC）加入了项目，而托莫维奇及其同事已经开发出了第二代模型（Model 2）。我们的贡献在于为其增加了传感器、电机和计算机控制系统。我们面临的一个主要挑战是：在南斯拉夫制造的机械结构质量不够好——加工精度不高，可靠性也不足。此外，我也未能筹措到资金来制造一个更好的版本。加州唐尼市（Downey, CA）一家小公司曾制造并售出了两三只这样的机械手，但我们在这一过程中亏损了不少钱。


W：多年来，机器人手的研发一直在肌肉部件与骨骼结构之间摇摆。如今的重点在哪里？看起来稳定性问题似乎已因更强材料的出现而大大减轻了，是这样吗？未来机械手将如何变得更精准、更快速？
GB：我认为，对于多指机械手来说，（至今）核心问题仍然是控制，尤其是当这些手采用拟人化设计并试图模仿人类控制方式时。稳定性和控制是相互关联的。据我所知，在这些方面具有创新性的机械手中，最引人注目的包括NASA的Robonaut hand、Shadow hand，以及Dean Kamen设计的手。
W：真正的拟人化五指类人设计是否是构建机器人手的最佳方式？还是说，我们过于执着于模仿自身身体，反而限制了发展？增加手指数量是否是解决方向？是否有某些新型物理材料能显著提升机械手性能？
GB：我认为，五指手在假肢应用中尤为重要，但对于机器人而言则未必。大多数机器人抓取任务用三指手或专为特定物体设计的专用夹爪就足以完成。我曾做过一项研究，探讨在工业装配任务中使用五指手的优势，结论是：由于复杂性显著增加，五指手带来的问题多于优势。



1919年拉伊科·托莫维奇于出生于匈牙利Baja。
1938年，他进入贝尔格莱德技术大学机电工程系开始本科学习。
二战极大地改变了他的人生轨迹，但他坚持学业，并于1946年以优异成绩毕业。
毕业后，他开启了成果丰硕的职业生涯，其特点在于广泛的科学与文化交流合作。凭借出色的语言能力和全面的教育背景，他能够与来自苏联、欧洲各国以及北美的同行在最高科学层面上进行交流。
1952年，托莫维奇获得塞尔维亚科学院技术科学博士学位。
1950年，托莫维奇开始在文查核科学研究所（Vinča Institute of Nuclear Sciences）从事科研工作。在“文查时期”，他的主要研究兴趣是模拟计算机，并为文查所研制的第一台模拟计算机、数字计算机及混合计算机作出了重要贡献。

1960年，他转至“米哈伊洛·普平”研究所（Institute "Mihajlo Pupin"），从事拟人机器人学和水利工程领域的研究。
1962年，拉伊科·托莫维奇加入贝尔格莱德电气工程学院自动控制系。在大学任职期间，他率先开设了机器人学、医学信息技术、生物医学工程、康复工程、人工器官等多个重要学科的研究项目，这些领域如今已日趋成熟。
他与沃尔特·J·卡尔普斯（Walter J. Karplus）合著的《高速模拟计算机》（High-speed Analog Computers）一书出版，首次提出了用于重复性（模拟）计算机系统的电子装置概念。该书被译为法语、英语和俄语出版。
他与米奥米尔·武科布拉托维奇博士（Dr. Miomir Vukobratović）共同撰写了首部关于动力系统灵敏度理论的专著。
1963年，托莫维奇院士及其合作者在贝尔格莱德研制出世界上第一只具有五指的人工手。这种被称为Belgrade hands的装置如今收藏于波士顿机器人博物馆。
20世纪80年代，贝基（Bekey）与托莫维奇密切合作，对该人工手进行了改进：贝基及其团队增加了传感器、电机和控制系统，大幅提升了设备的可靠性。 与当时其他正在研发的人工手不同，贝基-托莫维奇版本采用了可适应结构，使手能够抓握并持握各种不规则形状的物体。
80年代初，托莫维奇领导了纽约市退伍军人事务中心（Veterans Administration Center）的一个项目，成功研制出全球唯一一款投入世界市场的、由外部控制且自带动力的经股截肢假肢，一种人工腿。
1984年，美国国家科学基金会（National Science Foundation）主任Dr. Norman Kaplan在华盛顿特区对拉伊科·托莫维奇的人格做出了生动而精准的描述，称他为一位“文艺复兴式的科学家”。
拉伊科·托莫维奇曾在美国工作生活，为机器人学、生物医学工程和计算机科学等领域的新观点与新方法的发展作出了重要贡献。在此期间，他与加州大学洛杉矶分校（UCLA）、南加州大学、俄亥俄州立大学以及众多其他研究机构的科学家建立了长期合作关系。他的学术联系与交流遍及加拿大、美国、苏联、波兰、捷克斯洛伐克、匈牙利、保加利亚、法国、德国、希腊、意大利等众多国家。
1979年沃尔特·J·卡尔普斯合著了《形式系统理论的局限性》（Limitations of the Formal System Theory）。
1983年托莫维奇还与斯尔詹·斯坦科维奇教授（Prof. Srdjan Stanković）合著了教材《非线性系统》（Nonlinear Systems）。
基于其研究成果和对科学的贡献，他当选为伏伊伏丁那科学与艺术学院（VANU）院士，之后又成为塞尔维亚科学与艺术学院（SANU）院士。此外，他还被选为斯洛文尼亚科学与艺术学院（SAZU）的外籍院士。托莫维奇荣获多项国家最高级别的勋章与奖项，包括“七月七日国家奖”（National 7 July Award）、“反法西斯人民解放委员会奖”（AVNOJ Award），并因其科研工作获得广泛认可与赞誉。
托莫维奇是南斯拉夫电子、电信、自动控制与核科学委员会（ETAN）、南斯拉夫计算机学会、南斯拉夫生物医学工程学会、贝尔格莱德大学跨学科研究中心、诺维萨德战略社会与技术规划中心等众多机构的创始人之一。他还是多个高级别国家组织的成员，并且是南斯拉夫唯一合法政党中的知名成员。


托莫维奇曾积极参与南斯拉夫的政治生活，主要担任顾问和咨询专家。他一生始终坚守自己的世界主义理想，从未妥协。尤其在晚年，他努力在科研与其他兴趣之间寻求平衡，深入研习艺术与哲学。钢琴和他收藏的大量CD触手可及，他非常热爱古典音乐。客厅里摆放着一个放在CD播放器和老式留声机前的小靠枕、丰富的CD与黑胶唱片收藏，以及一副能隔绝日常喧嚣的耳机——这些都构成了他日常生活的一部分。
阅读数学与哲学的经典著作是托莫维奇重要的灵感源泉。他也积极投身体育运动，尤其热爱划船。多年来，他在自己年龄组中保持着全国第二佳的划船成绩，并始终力求提升表现——经常与萨瓦河上阿达·齐甘利亚岛（Ada Ciganlija）附近的年轻专业选手一同训练。网球则是他的业余爱好。
他的常住居所位于波斯尼亚和黑塞哥维那的多布罗马尼村（Dobromani），在那里他拥有一座房子。

《Rajko Tomović - Spiritus Movens of the Biomedical Engineering andTechnologies1》
http://bmit.etf.bg.ac.rs/wp-cont ... movicBiografija.pdf