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在其短暫的歷史的大部分時間裡，機器人輔助手術一直是Intuitive Surgical, Inc. 的達芬奇系統的代名詞。 它是唯一獲得美國食品和藥物管理局 (FDA) 批准的機器人，可以幫助外科醫生進行多項腹腔鏡軟組織手術，包括子宮切除術、膽囊和腎臟切除術、前列腺癌治療和心臟瓣膜手術。 自 Intuitive 十多年前推出達芬奇系統以來，它已經得到了極大的改進。 然而，像許多新技術一樣，它也經歷了成長的煩惱，導致一些工程師和醫學專業人士質疑，一家公司是否能夠在滿足不斷增長的需求的同時，仍然交付安全的產品。
一個研究團隊正在尋求透過開發基於硬體設計和免費提供的軟體的機器人手術系統來解決這些問題。 在這種開源方法中，構建者將保留他們在專案中投入的任何智慧財產權，但必須將其知識和發現提供給他人。
來自加州大學聖克魯茲分校和華盛頓大學（U.W.）的研究人員希望他們的努力將導致外科機器人技術的許多進步，這些進步將源於一種基本設計，這種設計不會因裝置而異。 其想法是，構建和購買數百萬美元的機器人手術系統的成本將會降低，使用它們的學習曲線也會降低。
開源模式在軟體行業中運作良好，使初創公司能夠透過提供更低的價格以及對新進展的集體審查來挑戰微軟和 Oracle 等巨頭。 開源創新的一些更可見的產品包括谷歌的移動 Android 作業系統（基於 Linux）和 Mozilla 的 Firefox 網路瀏覽器。 工程師和設計師還發起了協同開發開源通用機器人以及假肢的努力。 啤酒釀造商甚至將這種方法應用於釀造啤酒，調整和重新分發一種原始配方給更廣泛的愛好者社群。
黃金標準
自 2000 年獲得 FDA 批准以來，達芬奇系統一直在協助外科醫生，幫助他們在狹小的空間內快速高效地進行手術。 該裝置的四個手臂可以操縱任何數量的器械，包括手術刀、鑷子、抓鉗和剪刀，例如，進行切口、移除器官、放置導管和閉合切口點。 外科醫生在符合人體工程學設計的控制檯前舒適地坐著控制這些工具，並藉助高畫質 3D 攝像頭，從而減少了長時間手術期間的疲勞問題。 儘管達芬奇系統的價格接近 200 萬美元，但其受歡迎程度近年來穩步增長。 2012 年，醫生使用該系統在美國醫院進行了超過 35 萬例手術，比 2010 年增加了 60%。
Intuitive 設計達芬奇系統是為了改進現有的腹腔鏡手術——也稱為微創手術，因為外科醫生透過將微型攝像機和工具穿過小切口在體內完成大部分修復工作。 醫生報告了使用達芬奇系統的幾個優點，包括患者出血較少和手術時間較短，這兩者都會減少住院時間和恢復時間。 T. Sloane Guy，天普大學醫學院機器人技術主管和心血管外科主任，將傳統的腹腔鏡工具比作“筷子”，並表示達芬奇系統的計算機控制工具在手術期間狹小的空間內提供了更大的運動自由度。
儘管有優勢，但與這些手術相關的不良事件報告也隨著其使用而增加。 從 2013 年 1 月到 11 月，FDA 收到了來自 Intuitive 和使用該系統的醫院的 3,697 份不良事件報告，這些報告涉及與機器人手術程式相關的死亡、傷害或故障，而 2012 年全年為 1,595 份。 該機構承認，可能還有更多事件未被報告，患者已開始對 Intuitive 和醫院提起訴訟，原因是使用達芬奇系統進行手術期間出現併發症。
一小群外科醫生在 11 月釋出的 FDA 研究中揭示了達芬奇系統的一些問題。 (pdf) 這些問題包括機器人手臂上的裂縫導致器械失效、手臂在手術過程中漂移以及手術過程中手臂之間發生碰撞。 沒有報告因這些特定事件而造成患者傷害，但該研究深入瞭解了達芬奇系統的成功和失敗，以及使用該系統所需的培訓。 然而，FDA 警告說，該報告絕非全面——它僅包含來自 11 位外科醫生的反饋，儘管每位外科醫生在過去三年中使用達芬奇系統進行了 70 到 600 例手術。
開源替代方案
來自加州大學聖克魯茲分校和華盛頓大學的研究人員十多年來一直在開發他們的機器人——名為 Raven——的迭代版本。 迄今為止，他們已向美國、加拿大和法國的大學運送了 14 臺 Raven II 機器人，包括哈佛大學、約翰·霍普金斯大學、內布拉斯加大學林肯分校、蒙彼利埃大學和西安大略大學。 這些系統中的每一個都有唯一的網際網路協議 (IP) 地址，並且已與其他系統聯網，以建立一個通用平臺，研究人員可以透過該平臺共享軟體、複製實驗並以各種方式進行協作。
[中斷]
每個Raven II都包括兩個機械臂、一個讓外科醫生遠端操作的螢幕、一個為螢幕提供視覺效果的攝像頭以及使這些元件協同工作的軟體。
在 2000 年代初期，研究人員有興趣為達芬奇系統編寫軟體，但當 Intuitive 不提供完成編碼所需的一些資訊時，他們感到沮喪。 加州大學聖克魯茲分校巴斯金工程學院計算機工程副教授、Raven 專案首席研究員 Jacob Rosen 說：“我們意識到，要積極參與該領域，我們需要一個我們可以完全控制的研究平臺。”
當時在華盛頓大學的 Rosen 和他的同事獲得了美國陸軍的資助，以構建他們自己的機器人手術系統。 五年後，在 2007 年，Raven I 誕生了。 Rosen 在 2008 年搬到聖克魯茲後重新設計了 Raven，並在第二年建立了一個四臂版本，他稱之為 Raven IV。 他說：“我當時認為，如果你想取代手術室裡的兩位外科醫生，你需要四條手臂和兩個攝像頭。”
到 2010 年，Rosen 再次與華盛頓大學生物機器人實驗室主任 Blake Hannaford 合作，以改進最初的雙臂 Raven I。 這次合作最終獲得了國家科學基金會 85 萬美元的資助，並使用這筆錢建造了八個 Raven II 系統，他們可以將這些系統提供給其他從事機器人手術研究的機構。 這次 Rosen 和 Hannaford 堅持使用雙臂，因為他們都認為這將是所有研究團隊未來都更能夠負擔得起的。
不可避免的比較
Raven 和達芬奇系統旨在執行基本相同的任務，但它們在一些關鍵方面有所不同。 首先，Raven 的成本約為 30 萬美元，其手臂固定在手術檯周圍的不同位置。 達芬奇系統的手臂連接回單個底座——它們基本上起源於同一點。 Intuitive 這樣做是為了減少手術室的空間佔用。
Rosen 說，Raven 的設計試圖模仿一組外科醫生如何在手術期間從患者的任一側工作。 他補充說：“透過以類似於人類使用手臂的方式分佈 Raven 的手臂，您可以避免許多手臂相互碰撞的問題，尤其是在將四條甚至更多條手臂引入患者上方的有限空間時。”
與達芬奇系統不同，Raven 未獲準在人體上進行手術。 然而，研究人員在 2006 年開發 Raven 時，確實在豬屍體上進行了多次模擬手術。 隨後的 Raven 實驗是在從死亡動物身上提取的單個器官上進行的，但最近的大部分工作都集中在開發軟體以提高系統的效能和擴充套件其功能上。 Rosen 和他的同事去年成立了公司 Applied Dexterity, Inc.，以生產 Raven 作為其他機構的機器人手術研究平臺。
天普大學外科醫生 Guy 說，如果外科醫生有多種機器人手術系統可供選擇，他們會得到更好的服務，他曾使用達芬奇系統進行過多次心臟手術。 “總的來說，我非常相信開源，”他補充道，但他提出了一個警告，即在開發需要“幾乎零容忍問題”的醫療技術時，開源模式在很大程度上未經證實。
起飛
除了開發 Raven 來進行軟組織手術外，Rosen 一直在考慮製造一個可以執行更復雜的手術（例如腦外科手術）的機器人系統需要什麼。 待辦事項清單上還有對機器人進行程式設計，使其能夠在手術期間在需要時切換工具，而無需任何人工幫助。
全自動機器人外科醫生還遙遙無期，甚至永遠不會實現。 Rosen 指出，一旦外科醫生切開患者的皮膚或內部器官，組織就會以難以程式設計到計算機中的方式改變形狀和移動。 他說：“您需要不斷使用計算機視覺來提取有關機器人執行的不斷變化的環境的資訊。” “這在機器人技術中非常具有挑戰性。 您希望自動化手術的機械部分，而不是決策部分，而這正是人類擅長的。”