从成功大学到阳明大学，一路苦读出身的林启万来到美国俄亥俄州的第一学府——凯斯西储大学（Case Western Reserve University）。凯斯西储大学以医学工程和生命科学闻名，地处美国五大湖之一的伊利湖南畔，位于俄亥俄州克里夫兰市（Cleveland）。知名的心脏移植权威，克里夫兰医院就是凯斯西储大学的邻居。凯斯西储大学更是神经医学领域的顶尖学府，产出了多位诺贝尔奖得主。
只身来到凯斯西储大学的第一个学期，林启万就用了三分之二的经费。指导教授要求他先通过博士班资格考试，并参与后续的传感器技术研发。这使生物医学专业背景的林启万有了工程实务经验。后来，他的指导教授自行创业，林启万因缘际会转往凯斯西储大学知名的“神经实验室”（Neuron Lab），展开为期两年的跨领域学习。
凯斯神经实验室采用师徒制的培育方式。研究核心是从生化角度分析中风时神经细胞的变化，是前瞻性研究。这个实验室有8位计划主持人、10位研究助理，团队中有内外科神经专家，并兼顾基础科学与临床医学研究。这个实验室采取开放式布置（Open Lab），不用隔间，提供宽敞的研究空间，让各具专长的研究生随时进行跨领域交流。
指导教授与研究生的沟通非常密切。研究生每天来做实验，师生经常在走廊上或咖啡厅里谈起研究进度。这种密切交流让林启万得以掌握最新的神经科学专业知识。跨领域学习，让林启万深入了解了人体内的神经系统。
凯斯神经实验室是神经细胞领域的权威，获得美国国家卫生研究院的长期经费支持。邻近的克里夫兰医院提供田野，让研究生能将理论与实际结合。上有国家级研究机构的经费资助，下有完备的医疗体系支持，凯斯神经实验室在美国成为医学工程与生命科学的顶尖研究中心。当林启万收拾行囊返台时，台湾大学正好成立医学工程研究中心。这个中心就成为了林启万发挥才能的第一个舞台。
1993年刚返回台湾时，林启万担任台湾大学医学院“医学工程研究中心”的研究员。当时，这个研究中心定位不明确，“研究员”在学校的教学体制中的定位也不清楚，研究资源也匮乏。中心只有两位研究员共享一个8平方米大的实验室。艰苦熬过6个年头，台湾大学医学工程学研究所在1999年正式成立。成为教授后，林启万的研究范畴也由神经科学量测，拓展到远程医疗照护领域。他借此契机成立“医用微传感器系统实验室”，约有30位硕博士研究生加入。
林启万培育研究生的方式就是：时时见面谈研究。他风趣地说：“我要求学生每天都要来实验室报到，这样才能常常交换研究心得。有问题马上问，才能推得动研究。我的办公室与研究生们就隔一面墙，他们可以不时跑过来聊。想到点子时，我也会马上过去告诉他们我的想法。经常性的知识交换可以缩小研究落差。我和学生聊研究时，也会从他们回答问题的方式、接纳不同观点的态度，评估他们到底懂了没有。”
林启万还要求学生走出实验室，到医院吸取临床经验。例如，新光医院麻醉科主治医师温永锐会协助指导学生神经传导系统的临床研究，中兴医院疼痛中心主任医师林木炼则协助指导学生下背痛电刺激的研究。这群医学工程研究中心的研究生由此吸取了实务经验。林启万教授还鼓励研究生完成博士学程后，到国外实验室进行博士后研究，吸收国际经验。
除研究外，林启万也重视学生的团队合作能力。他面试时特别会看研究生的“运动履历”。例如，学生若长期打篮球，可能代表他有一定的耐力，在研究过程中受挫时比较能坚持。每周五傍晚，林启万会邀请实验室成员一起到篮球场上竞技，借此机会观察研究生的潜质。
不过，林启万最苦恼的是科研后勤体系。行政人员每两年就会流动，新进人员晋用时，薪资拖很久才会下来，然后要再花数月重新了解行政流程。另外，机器设备采购受到政府采购法令限制，需要寻找数家厂商比价。大规模采购案必须以公开招标方式进行，往往影响到研究进度。有些仪器设备还必须通过国内代理商才能购买，咨商协调的程序漫长，若能在一个月拿到设备就算快的了。
在台湾，生医工程属于高风险的科学研究，投资者意愿多不大。除了“国科会”的经费外，要取得业界资源并不容易。林启万为规划长程研究主轴，必须混搭各种研究资源。例如，林启万引入新光医院、中兴医院的临床研究资源，结合吕学士在无线传输的科研专长，开启了“电刺激芯片”的研究。林启万还想办法引进国外的医疗仪器检验标准，架构专属实验室，加速传感器的检验时间。
从争取研究经费、建立策略合作到采购仪器设备、加速发表，这些工作都是科学家在学术研究外，必须额外费心完成的事。
