在智能診斷的基礎上，人工智能也正在被應用於治療領域，其中最重要的應用形式便是手術機器人。實際上，在這一次人工智能浪潮興起之前，手術機器人已經有大約30年的研發和應用的歷史，但相應的成本一直比較高昂。而隨著人工智能技術的興起，手術機器人也面臨著新的發展，可以預期的是，其成本也會隨著技術的普及而逐漸降低，從而可以造福更多的人。目前，手術機器人已經能夠很好地協助醫生實施手術，尤其在微創外科領域，可以發揮十分有效和準確的作用。手術機器人可以分為兩個層級：一是醫生控制的機器人；二是全自動的機器人。到目前為止，由醫生控制的手術機器人系統發展得較為成熟，其中一些具有代表性且相互競爭的系統，可以體現出一定的發展脈絡。
第一，達芬奇手術機器人。目前，達芬奇手術機器人系統（Da Vinci Robot-assisted Surgical System）是全球應用最廣泛且最為成功的手術機器人，它能夠應用於普外科、泌尿科、胸外科、心血管外科、小兒外科、婦科等領域。達芬奇機器人集成了三維高清視野、可轉腕手術器械和直覺式動作控制三大特性，從而能夠在外科手術中更廣泛地應用微創技術。該系統由位於手術室內的手術檯和手術室外的遠程控制終端兩部分構成。系統內的手術檯是一個擁有3個機器手臂的機器人，負責對手術檯上的病人實施具體手術。
這些機器手臂的靈活性要遠高於人類，且手臂上的微型攝像機可以進入人體內部。同時，機器手臂還可以完成某些人類醫師難以完成的高難度手術。在遠程的終端設備上，計算機可以通過幾臺攝像機拍攝的二維圖像最終還原為高清的三維圖像，從而讓醫生可以監督或者干預手術的過程。在技術層面上，隨著人工智能技術的不斷應用，其他實力雄厚的新興手術機器人正不斷挑戰著“達芬奇”的地位。
第二，Verb微創手術機器人。Verb Surgical公司由谷歌母公司Alphabet和強生（Johnson & Johnson）聯合建立，其在微創手術機器人領域的主打產品便是Verb。Verb微創手術機器人在體積、功能、使用安全和價格方面比達芬奇手術機器人更具優勢。該智能化手術機器人不僅在體積上更精緻小巧，在功能上也更具多樣性和延展性。它摒棄了遠程實施手術的想法，允許操作手術的醫生更靠近手術檯。與現有的手術機器人相比，未來的新型手術機器人將更多地運用人工智能、深度學習和大數據的相關技術，從而使得相應的研發原理和操作流程發生根本的改變。
第三，MAKO機械臂手術輔助系統。2013年，美國整形設備製造商Stryker收購了外科治療公司MAKO，後者最為關鍵的技術就是MAKO機械臂手術輔助系統。該系統主要應用於膝關節單髁置換術和全膝關節成形術，可以進行實時手術。在切開手術部位的組織之前，該系統允許進行更多的膝關節軟組織平衡的修正，還可以為手術置入物的定位、腿的長度以及偏移情況提供精確的數據，更可以單獨為髖關節手術平臺提供擴展應用。
第四，SPORTSurgical機器人手術系統。該系統是位於加拿大多倫多的泰坦醫療公司（Titan Medical）開發的項目，其價格遠遠低於達芬奇手術機器人。SPORT系統將手術檯、單切口攝像頭、置和多關節器材結合，並旨在將機器人手術精細化。手術醫生藉助該系統，僅通過一個切口即可進行微創手術。目前，泰坦醫療公司主要聚焦普通外科（膽囊、闌尾切除術），婦科（子宮切除良性腫瘤）和泌尿科三種手術類型。值得一提的是，2017年8月，泰坦公司宣佈，已經完成與中國龍泰醫療有限公司的交易，這使得龍泰醫療成為泰坦公司的最大股東。
當然，由醫生控制的手術機器人遠遠不止這四種，國內外的許多醫療公司和科研機構都在不斷開發新型的手術機器人系統，並且正逐步將其投入市場。但是，這種手術機器人仍然需要醫生的控制，因此嚴格來說並不是完全意義上的機器人。相比之下，全自動的手術機器人在技術上更進一步，也更能體現智能化的前沿水平。目前，全自動的手術機器人依然處於實驗室階段，但已顯示出巨大的發展潛力。
位於華盛頓的美國國家兒童健康系統（Children's National Health System）的研究團隊正致力於開發能夠取代醫生雙手的自主手術機器人，他們認為這樣能夠提高手術的效率和安全性。2016年5月，該團隊在著名期刊《科學轉化醫學》（Science Translational Medicine）上公佈了他們的研究成果——STAR（Smart Tissue Autonomous Robot），即智能組織自主手術機器人。這是全球第一臺可以處理軟組織的自主手術機器人。
自主手術機器人研究進展乏力有兩個重要的技術原因：一是缺少區分和監測目標組織器官的可視化系統，二是缺少能夠執行復雜手術任務的智能算法。但是，STAR內部全新架構的成像系統與智能算法，使其不僅可以制定手術方案，還可以根據成像系統傳回的信息，判斷組織的變化，進而對手術方案作出調整。為了檢驗效果，研究團隊選擇了複雜性比較高的腸吻合手術，讓STAR與熟練的外科醫生、達芬奇機器人三者做了實驗比較。
從研究論文中的結果來看，無論是在離體還是在活體的吻合術中，STAR都要明顯優於熟練的外科醫生和達芬奇手術系統。目前，STAR自主手術機器人正在逐步向臨床階段邁進。由此，手術機器人的“輔助”或“助手”的地位將會得到根本改變，智能機器有望真正接手外科醫生的工作，為人類進行外科手術等治療服務。
總體而言，在智能診斷以及智能治療領域，人工智能優於人類的地方在於如下幾點。
第一，人工智能系統可以通過快速的機器學習，不斷提高醫療的精確性和準確率。人類醫生對疾病的診斷往往建立在長時間的學習基礎上，人工智能卻可以在較短時間內利用並行的算法進行快速的機器學習。機器學習的成長速度，遠遠超過人類醫生。也就是說，如果幾個月前人工智能的診斷速度還只是人類診斷速度的百分之幾，幾個月後它的診斷速度就有可能接近人類甚至超過人類。
第二，人類醫生在診斷時往往會受到環境、情緒、精力和注意力等內外因素的干擾，人工智能則不會受到環境、情緒、精力和注意力等因素的干擾。特別是在做手術的過程中，人工智能和機器人的優勢會更為明顯，可以更好地提升手術的質量。因此，無論是醫生控制的機器人還是自主機器人，研發的基本動力都來自人類提高醫療精準性的內在訴求。
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