1.1 机器人革命与医学革命的伟大会师

1.1.1 第四次工业革命与医疗机器人

两千多年前，古希腊哲学家亚里士多德就对“机器人”的功用做出了畅想，他写道：“如果每一件工具被安排好甚或是自然而然地做那些适合于它们的工作，能够预判其他人的想法……那么就没必要再有师徒或主奴了。”而在中国的西周时期，就有工匠偃师献给周穆王歌舞“机器人”的记载；相传春秋时期，鲁班制作出能飞行三日三夜的木鹊；还有三国时期诸葛亮所制的“木牛流马”，以及中国古代乡间随处可见的风车水车，无不体现着人们希望机械装置实现自动运转的思想。

第一次工业革命是人类历史上第一次技术大爆炸，人们惊叹于巨型机器带来的便利和生产力突飞猛进的发展，形成了第一轮的机器崇拜。钢铁巨兽，冒着蒸汽，精巧的齿轮构成了工业革命时代机器人形象的轮廓，这种“机器朋克”的形象在宫崎骏的漫画中如今还能经常看到。

第二次工业革命时期，人形机器人的形象大量涌现。1920年，捷克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻剧本《罗森的通用机器人》中正式提出机器人的概念。“Robot”一词由源于剧中捷克语的“Robota”，意为“苦力”，用来形容做苦役的奴隶。这个词后来演化成了Robot，成为人造人、机器人的代名词。

第三次工业革命中，机器人已经成为流行文化中的重要题材，传感器的诞生让机器人的自动化程度进一步提高，工业机器人进入生产环节并走向成熟。得益于运算速度和运算效率的提升，机器人开始进入更为复杂的工作场景之中，从探索南极洲的火山，到在火星上进行科研，开始像人一样走路和奔跑……

如今，人类正处在第四次工业革命时期，人工智能、机器人技术、量子信息技术、可控核聚变、虚拟现实以及生物与医学技术的革命正在重塑人类世界的版图。在这样的技术变革大潮中，医疗机器人成为主角之一被推上了风口浪尖，有其必然的原因。

自从将机器人定义为“可重新编程的机器”以来，人们已经预测到机器人将在不久的将来取代人类工作者。我们常见到机器人能组装汽车、手机，安放重物，帮助人类做一些重复劳作或危险的工作。自20世纪60年代引入第一台工业机器人以来，机器人技术充分体现了其在重复性、安全性、耐用性和准确性方面突破人类生理极限的优势，推动了现代规模化大工业的发展。

机器人按使用环境可分为工业机器人、服务机器人和特殊用途机器人。其中，工业机器人在人口红利下降、劳动力成本上升的背景下以“机器换人”的逻辑最先发展起来，而随着人工智能、互联网技术的发展，机器人的功能多样化、消费属性增强，“机器助人”成为专业和服务型机器人的核心成长逻辑。在专业和服务型机器人使用的众多领域中，医疗机器人是一个重要的细分市场。作为单位价值最高的服务型机器人，又位居机器人和医疗两大朝阳支柱产业的交汇之处，医疗机器人自然成为行业热点。

进入21世纪，机器人在医疗健康领域开始落地开花。在医学成像和机电一体化技术快速发展的推动下，精准、稳定和安全的医疗机器人迅速在医疗的众多环节都表现出了极大的应用潜力。各种诊疗和手术机器人，以及用机器增强人的能力的外骨骼和智能假肢，都具备万亿美元的市场潜力，也从此让医疗进入了新的时代。

1.1.2 医疗机器人简史

医疗机器人的历史只有短短30多年，但整个产业已经经历了巨大的变化，从一开始笨拙粗大的机械结构，几家企业艰难的探索，到如今医疗机器人的灵巧性和智能程度都已经大大超出人们的想象，产品百花齐放。

青铜时代：机器人对医疗场景的探索

1985年，人类首次使用了工业机器人——PUMA560，它可以精确控制神经外科活检。三年后，PUMA560被用在了前列腺手术中。但是，当时生产该机器人的公司为了安全考虑，曾禁止使用该机器人用于手术。

1989年，伦敦帝国理工学院利用改进的6自由度PUMA机器人，促成了PROBOT的出现，它是一个专门为前列腺手术设计的系统。

1986年，美国IBM的Thomas J. Watson研究中心和加利福尼亚大学合作开展骨科手术机器人的研发，1992年ROBODOC诞生，这一机器人可协助外科医生进行全髋关节置换手术，它是首个获得FDA批准的手术机器人，也是第一台真正意义上的医疗机器人。

1987年，英国斯泰福厦大学研制出Handy1康复机器人样机，使一个患有脑瘫的11岁男孩能够独立就餐，成为最早实现应用的康复机器人。

双雄时代：达芬奇的诞生与称霸之路

20世纪80年代中后期，美国国家航空航天局的Ames研究中心的一组成员在研究虚拟现实技术时，对使用这种技术开发远程呈现（Tele-Presence）手术产生了兴趣。这种远程外科手术的概念后来成为手术机器人发展背后的重要动力之一。

在20世纪90年代初，Ames团队的几位科学家加入了斯坦福研究所（SRI），与SRI的其他机器人以及虚拟现实专家合作，共同开发出一种用于手术的灵巧的远程手术操作器。他们的主要设计目标之一，是在遥操作手术（Tele-Operation）过程中给外科医生提供直接在患者身上进行手术的感觉。

新事物的诞生，往往植根于继承现有技术的优势而克服了其劣势。对于达芬奇手术机器人而言，腹腔镜微创手术的出现给了它绝好的发展契机。腹腔镜微创手术虽然极大降低了外科手术创伤，有利于患者的术后康复，但却给医疗带来了不小的麻烦。腹腔镜手术打破了人自然的手眼协调和灵巧操作，在观看二维视频监视器的同时移动腹腔镜手术工具，这种操作也有些违反直觉。另外，腹腔镜设备的显示与实际的运动方向是相反的，这些都让腹腔镜微创的优点难以发挥。因此，在达芬奇手术机器人的开发过程中，一些普通外科医生和内镜医师也加入了开发团队，并意识到机器人系统在改善常规腹腔镜手术的局限性方面具有很大的潜力。

另一方面，美军也注意到了SRI的工作，并对通过远程手术“将外科医生带到受伤士兵身边”，降低战时死亡率的可能性很感兴趣。在美军资助下，研究人员设计了一种系统，其中受伤的士兵会被送进配备了机器人手术设备的车辆中，然后由附近的移动高级外科医院（MASH）的外科医生远程操作手术。该系统很快就在动物模型上取得成功，其表现出的远程战地救护能力备受期待。

与此同时，几位为美军开发手术机器人系统的外科医生和工程师，成立了一家商业公司Computer Motion，开始将远程遥操作机器人技术引入民用手术领域。1994年，这家公司获得了美军的种子资金，并开发出了自动内窥镜优化定位系统（AESOP），这是一种由外科医生控制的机器人手臂，用于操纵内窥镜摄像机，并获FDA许可，用于心脏、胸外、脊柱外科手术，可完成输卵管缝合、冠状动脉搭桥、闭合胸腔活体心脏搭桥。

AESOP上市后不久，Integrated Surgical Systems公司（也就是如今的直觉外科）获得了SRI Green Telepresence Surgery手术系统的授权。然后他们对该系统进行了大量的重新设计，并最终研发出达芬奇手术机器人系统。2000年是医疗机器人行业的转折点，达芬奇机器人获得FDA批准，成为第一个综合腹腔镜手术机器人系统。

在达芬奇诞生后的一年中，Computer Motion公司的ZEUS系统也获得了FDA批准上市，并且在2001年9月7日开展了人类历史上第一次跨越大洋的远程手术——“林白手术”：当时在美国纽约的医生利用ZEUS系统为远在大西洋另一端法国斯特拉斯堡的一位68岁的女性患者进行了胆囊摘除手术。手术机器人系统在此后一段时间内，基本由上述两家公司主导。2003年，直觉外科利用率先上市的资金优势收购了其最大的竞争对手Computer Motion，不仅化解了双方的知识产权纠纷，而且使得ZEUS系统逐渐退出了市场，从此开启了直觉外科长达20年的垄断霸业。

战国时代：百家争鸣，各领风骚

在腹腔镜手术机器人领域走向统一的同时，其他医用细分领域的手术机器人却在遍地开花。

1999年，ISS推出无框架版本神经外科机器人NeuroMate，该产品现隶属Renishaw公司。德国OrtoMaquet公司研发了CASPAR，用于髋、膝关节置换术。安科锐的射波刀CyberKnife也在此时出现，用于前列腺、肺、脑、脊柱等部位肿瘤放疗，具备实时跟踪功能，利用机器人技术实现了精准的放疗。

2002年，英国Prosurgics公司开发的腹腔镜持镜机器人EndoAssist，利用手术患者头部的红外线传感器指导腔镜镜头的运动。

2003年，日本九州大学和日立集团推出了腹腔镜持镜机器人Naviot。

2004年，以色列Mazor公司开发的脊柱外科机器人SpineAssist获得FDA批准，该公司后被美敦力以16.4亿美元收购。

2005年，ENDOBOT上市，用于远程微创手术。

2006年，MAKOplasty膝关节置换术机器人完成第一例手术。2013年，MAKOplasty被Stryker以16.5亿美元收购。MAKO机器人的精准辅助操作显著提升了Stryker单髁置换假体的使用，充分体现了机器人与耗材结合的巨大市场潜力。

2007年，SRI研发中心开发的远程手术机器人M7研制成功。

2008年，法国EndoControl开发出支持声控的即插即用型内窥镜手术机器人ViKY。Smith&Nephew成功研发整形外科导航机器人PiGalileo S。

2009年，法国Medtech推出针对神经外科和脊柱外科的导航手术机器人ROSA，适用于肿瘤切除，立体定向手术，以及配合内窥镜使用的微创手术。原Endoasist团队开发出更精简紧凑的内窥镜机器人产品Freehand，于2011年被ORP收购。Mazor Robotics推出了适用于脊柱外科和神经外科手术机器人，并附带操作平台。

2010年，中国天智航公司的第一代骨科手术机器人系统获得CFDA产品注册，成为我国第一个取得注册证的手术机器人产品，开启了我国手术机器人产业的新纪元。

2012年，BlueBelt推出的适用于膝关节置换术的手持型定位机器人NavioPFS获得了CE认证，该公司于2015年11月被Smith&Nephew收购。软体手术机器人也于这一年诞生，Hansen Medical推出适用于各类末梢血管手术的主从式导航机器人Magellan，可以使医生远离辐射。Corindus推出适用于血管形成术或PCI（经皮冠状动脉介入治疗）的手术机器人CorPath。

2013年，Cyberdyne HAL上市，成为全球首个获得产品注册的外骨骼机器人产品。同年，卡内基梅隆大学成功研发主从式蛇形机器人，适用于微创心脏外科手术，其直径仅12mm，由102个关节组成。利用机器人技术的C型臂医学影像设备Artiszeego诞生，可广泛应用于心脏外科、血管介入、整形外科、胸外科、脊柱外科和神经外科手术，如今该品牌已被西门子收购。中国安翰科技（武汉）股份有限公司的“磁控胶囊胃镜系统”，是首家获得中国CFDA三类医疗器械注册证的胶囊胃镜产品。

2014年，由卡内基梅隆大学和哈佛医学院的团队共同研发的Flex柔性消化道内镜机器人系统获得CE认证，并于2015年获得FDA认证。

2015年，以色列理工学院研制的微型机器人ViRob，直径1mm、长14mm，针对肺癌，可将药物输送至靶点，让医疗机器人开启微型化时代。同年，TransEnterix研发出手持型腹腔镜微创手术系统SirgiBot。此外，能实时检测神经系统，为脊柱、颌面和各种矫形外科手术提供实时神经位置、功能检测信息，防止手术误操作造成神经损伤的ProPep也在当年面世。

2016年，中国的天智航公司的天玑骨科手术机器人获得CFDA批准，性能指标全球领先，我国的手术机器人在局部实现了弯道超车。

2018年，北京柏惠维康科技有限公司“睿米”神经外科手术机器人（Remebot）正式通过CFDA三类医疗器械注册，成为国内首家正式获批的神经外科手术机器人。它也是该领域全球第二款在原产地获批的产品，填补了国内空白。同年6月，北京大艾机器人科技有限公司旗下的外骨骼机器人艾康、艾动获得CFDA注册证，成为中国首个通过CFDA注册的下肢外骨骼机器人。