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创新者100人 | 打破海外垄断,北大博士陈立洋用柔性传感薄膜,为医疗与智能制造装上国产“触觉”

王新凯 2026-04-29 08:00

在骨科临床实践中,全膝关节置换术(TKA)是治疗终末期膝骨关节炎的标准术式,其核心痛点在于术中软组织平衡的精准调节——长期依赖主刀医生的个人手感与经验,且术后仍有约20%的患者存在疼痛或满意度偏低问题。如今,一项基于柔性传感薄膜的数字化力反馈创新医疗技术,正在为这一临床困境提供全新的解决方案。该技术来自悟通感控(北京)科技有限公司,创始人陈立洋始终致力于以国产自主可控的力触觉传感技术,破解医疗临床中“不可量化、无法监测”的卡脖子难题。


“我们什么时候能有自己的国产传感器?”


陈立洋与薄膜压力传感技术的缘分,始于十四年前。


本科期间,陈立洋作为北京科技大学机器人智能车队核心成员,带领团队主导了多项军工与航天领域的传感应用项目,例如头盔的人机工效、舒适性评估等。“那时候我们只能高价采购国外的传感器,拆解出里面的关键材料,再二次开发成适配项目需求的产品。” 他在采访中回忆,彼时国内中高端薄膜压力传感领域完全被海外厂商垄断,不仅采购成本高,核心技术更是牢牢掌握在海外企业手中。


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这种垄断不止存在于军工航天领域。在康复与医疗赛道,海外产品长期占据绝对主导地位,整套基于薄膜压力传感的足底压力评估设备售价高达三四十万元,基层医疗机构与科研院所几乎难以负担;国产替代方案虽将价格降至几千至一万元,但性能短板显著,往往使用数次就出现信号漂移、结构损坏,本质上仍属类似耗材,无法实现规模化临床应用。“那时候团队里最常说的一句话就是,我们什么时候能用上真正自主可控的国产传感器?” 这个念头,成了陈立洋此后十余年技术深耕的核心锚点。


转折发生在近5-10年,国内材料学科研的快速突破,来自两个院士团队的数位青年材料科学家,加入了悟通感控的核心研发团队,并在薄膜类压力传感的灵敏度、稳定性、量产规模等核心指标上,实现了对国际先进水平的追赶甚至超越,技术上的自主可控,为产业化落地创造了核心前提。


而真正促成悟通感控成立的,是陈立洋口中“技术积累与临床需求的双向奔赴”。一方面,团队在离电式柔性传感材料上实现了底层核心突破,具备了产业化的技术基础;另一方面,陈立洋的硕士导师、北京大学先进制造与机器人学院王教授,与北大医院骨科曹主任在合作中,精准捕捉到全膝关节置换术中的定量传感刚需。双方在科研交流中发现,基于国内新一代离电式薄膜传感技术,完全可以打造出性能超越美国同类产品的国产解决方案。“这是医工交叉碰撞出来的火花,也是我们创业的最初起点。” 陈立洋说。


与此同时,悟通感控团队也挖掘出了这项技术更广阔的应用空间:对力学物理量的超高精度感知,使其从医疗临床,延伸至具身智能、新能源、等多个赛道。“我们能给人体关节做‘触觉把脉’,那么同样可以适配于机器人电子皮肤、锂电池膨胀力学监测,本质上都是对力学变化的精准检测与状态诊断。”


破解行业“不可能三角”,打破海外技术垄断


在传感器行业,长期存在一个被称为“不可能三角” 的行业难题:灵敏度、稳定性与量产成本,三者难以兼得,这也是长期制约国内中高端柔性传感技术发展的核心瓶颈。


这一难题的根源,在于传统薄膜传感器灵敏度较低,且普遍受传感器信号漂移困扰,这也是海外厂商能长期垄断国内市场的核心原因。悟通感控所采用的第四代离电式(Iontronic)柔性传感技术,从材料科学根源上实现了性能突破。从材料角度来讲,


第一代导电高分子以有机半导体为主,暴露在空气中,存在性能衰减问题,而且合成工艺复杂,成本高,目前无法进行大规模商业化开发;


第二代传感器依赖导电油墨材料,导电材料和粘结剂提升了材料的抗水氧稳定性,但是,材料压力灵敏度往往不高,且存在蠕变和动态漂移问题;


第三代传感器采用高分子纳米复合材料,将导电碳材料直接加工成含碳压敏薄膜,传感器的稳定性得到了很大的提升,但它的灵敏度仍然没有什么起色。常规提升灵敏度的工艺往往涉及微结构模板,成本高,无法大规模工业化。


第四代传感器采用离子型导电材料,从原理上颠覆了上面三类传统柔性传感技术,其双电层原理使得传感器的灵敏度大幅提升,为后续离电型薄膜压力传感器的设计提供了很强的设计性。


其核心原理,是在传统电容式结构的基础上,将介电层替换为具有特殊空间网络结构的离子凝胶;当外部压力作用于传感器表面,离子凝胶发生形变,内部带电离子沿空间网络迁移至电极界面,与电极上的电子形成纳米级厚度的双电层(EDL)。根据电容原理,电容值与介电层厚度成反比,纳米级别的双电层厚度比传统平行板电容器的灵敏度提升了近1000倍,因此即使是极小的压力变化,也能产生显著的电容改变。

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这项底层材料创新,带来了核心性能指标的量级跃升:灵敏度比传统柔性传感器提升120倍,1MPa下的长期蠕变小于1.43%FS,在超过千次的1MPa反复按压测试中,传感器信号漂移仅3.34%FS。灵敏度和稳定性的提升,降低了传感器对后端电路和系统的性能需求,信号采集成本大幅度降低,使得悟通可以实现系统级的成本优化和控制。


解决了灵敏度与稳定性的核心难题,团队同步攻克了材料量产成本的行业痛点。多数先进柔性传感器极度依赖光刻、电子束刻蚀等高端工艺,良品率低、成本居高不下,无法实现规模化临床落地。悟通感控研发团队通过深度配方调优与工艺创新,开发了基于自研“促结晶法”的表面微结构制备技术,完全绕开高成本的刻蚀与模具工艺路线,实现了非模具化的连续薄膜生产。目前,公司产品良品率突破90%,月产能稳定爬升至10万片,真正实现了高性能与低成本的兼顾,从根源上打破了海外厂商的长期垄断。


该技术通过持续的研发迭代与场景拓展,形成了离子型、电子型等多元化的传感材料配方体系,率先完成了真实工况下的批量化商业应用,入选了2025年新质生产力产业实践科技创新示范案例、医疗器械行业新锐企业TOP100、具身智能十大创新产品与技术等多项评定,获得央视及省媒的重点关注与报道,成为国产柔性传感技术突围的标杆案例。


把医生手感量化,让临床数据可测可控


陈立洋将悟通感控在医疗领域的核心方法论,总结为一句话:“医生在手术或诊断中完全靠手感、无法量化监测的数据,我们帮他精准捕捉、直观呈现。” 而这,正是当下骨科数字化、临床精准化转型的核心刚需。


以全膝关节置换术为例,我国膝骨关节炎患者群体已超1亿,近年来年手术量突破百万且持续攀升。膝关节的力学环境涵盖三个方向的力与三个方向的扭转,医生需将假体与垫片的力学平衡调整至最佳状态,才能保障假体长期使用寿命、降低术后翻修风险。长期以来,这一关键环节几乎完全依赖主刀医生的个人手感与经验积淀,往往需要上百台手术的历练才能形成稳定可靠的判断力。即便顺利完成手术,临床上仍有20%左右的患者术后存在疼痛、不适或主观满意度偏低的问题;对于平均年龄六七十岁的老年患者而言,一旦需要翻修,意味着再次截骨、剥离固化的骨水泥材料,创伤极大,身心负担沉重。


如今,一片嵌入柔性传感阵列的薄膜垫片被置入膝关节间隙后,可在术中实时量化显示假体内外侧的压力分布与应力集中数据。行业内早期代表性产品来自美国OrthoSensor公司的VERASENSE系统(2021年被史赛克收购),其采用压电陶瓷传感器,电容量仅为皮法(pF)级别,仅在假体内外侧各设置3个测量点,只能提供有限的压力对比数据。而悟通感控采用的离子电容式传感技术,电容量达到纳法(nF)级别,灵敏度实现量级提升,且能通过薄膜阵列呈现完整的压力分布云图,数据维度与监测精度实现全面超越。“医生操作时能获得实时灵敏的力反馈,轻轻一碰、一滑,就能直观看到力学平衡的调整效果,彻底告别了纯经验判断的局限。” 陈立洋介绍。


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四川大学华西医院专家团队通过大体实验,已验证该产品对应力集中点的精准识别能力。研究者可通过系统清晰观察到应力集中的精准位置,及时调整截骨与软组织平衡方案。“当关节两侧压力平稳、力线均衡,就说明手术达到了理想状态。我们的压力垫片,能精准告诉医生当前力学环境的问题所在——哪里有应力集中、哪里压力中心偏移,为术者提供明确的最优手术终点判断标准。” 参与前期验证的临床专家评价,这一工具“为术中力学平衡提供了可视化的定量判断标准,让医生操作更有依据,也为患者术后远期疗效提供了保障”。陈立洋表示,这款产品在医疗器械分类鉴定中,被归入手术导航器械范畴


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在商业化路径上,悟通感控选择与关节领域头部上市公司合作的ODM模式,而非自建渠道重资产运营。“全球关节市场的集中度非常高,海外有强生、捷迈、史赛克、施乐辉等头部厂商,国内也有五六家龙头上市公司。我们专注做上游核心技术与零部件供应商,与下游厂商形成优势互补、利润共享的合作模式。” 目前,悟通感控已与国内骨科龙头企业深度合作,产品的注册申报工作正在合规有序推进中。


在膝关节核心产品之外,悟通感控同步布局了多条医疗产品管线,持续挖掘临床场景的触觉传感价值:


妇产科方向,团队正在开发盆底力成像监测评估系统,填补国内领域空白。临床中核磁仅能观察盆底组织结构,肌电仅能判断肌肉是否收缩,均无法获取盆底真实的力学环境数据,而悟通感控的柔性传感薄膜,可直接实测盆底的压力分布与力学变化,为盆底疾病诊断、手术评估、产后康复提供客观的定量标准;


康复医学方向,团队与北医三院运动医学科合作,开发足底压力检测及步态康复系统,覆盖运动员运动损伤防控、儿童扁平足矫正、骨科术后步态康复等多个场景;


微创外科方向,团队同步探索力反馈吻合器的技术落地,尝试将传感模块集成到消化外科吻合器中,实现术中吻合力的定量评估,助力降低术后并发症风险。“我们公司的核心价值,是持续在临床场景中挖掘触觉传感的落地可能。” 陈立洋说,“有的产品是独立整机,有的是合作产品的核心零部件,但核心始终是临床价值的延伸与落地,用国产技术为临床诊疗提供更精准、更安全的解决方案。”


以技术为支点,为医疗行业提供底层感知能力


陈立洋的成长与创业路径,本身就是一场“医工交叉、双向奔赴” 的旅程。山东高考结束后,他曾面临两个核心方向的抉择:第一志愿填报了机械(机器人方向),第二志愿是医学。出身医疗世家的他,始终对医学抱有深厚的兴趣与使命感。他本科就读于北京科技大学,硕士进入北京大学工学院师从王启宁教授,博士阶段则跨入北京大学光华管理学院,攻读管理科学与工程专业。


这段跨越力学、机器人学与管理科学的学术路径,为陈立洋的创业塑造了“技术 + 产业” 双轮驱动的独特认知框架。他的第一次创业始于博士在读期间,团队研发了国际首批智能血氧指环,实现了产品的超轻量化设计,可在睡眠中持续监测血氧与心血管事件,获得了心脏术后患者的高度认可。


谈及从医疗世家到工科创业的初心,陈立洋提到了光华管理学院导师的一番话:“你自己做一名医生,做得再好,也只是千千万万个医疗节点中的一个点。但如果你把突破性的技术引入医疗行业,它可能带来的是整个行业的进步。你不是在杠杆上加重量,而是给整个行业增加一个撬动变革的支点。” 


在陈立洋看来,这正是悟通感控正在做的事:不是直接治疗某一种疾病,而是为整个医疗行业,提供一种此前不具备的底层力学感知能力,为临床精准化、数字化转型,提供一个全新的国产技术支点。“过去很多临床场景中,力学变化是无法测量、无法量化的,现在我们用自主可控的技术,让它变得可测、可控、可追溯。”


致广大而尽精微,以触觉感知连接临床与数字世界


 “悟通感控” 这个名字,来源于陈立洋与硕士导师王教授的一次深度探讨。在陈立洋的解读中,若仅从“传感” 二字理解这家公司,格局便窄了。公司名字的四个字,构成了从技术到临床价值的完整闭环:“感” 对应传感技术层面的高精度数据采集;“控” 对应临床诊疗、器械执行端的反馈与落地;“通” 代表从数据采集到临床应用的完整链路;而 “悟”,是比 “智能” 更高维度的表达,是技术对临床需求的深度理解与适配。


从商业愿景来看,陈立洋为悟通感控设定了清晰的目标:未来5-10年,成长为力学感知领域,引领国际技术创新的头部创新型企业,以核心技术突破,带动国产高端医疗器械的产业升级。


同时,悟通感控始终对临床合作、产业协同保持着全面开放的态度。“我们拥有的是一项平台型的底层技术,过去无数无法测量力学的临床场景,现在都有了可落地的解决方案。我们也希望能和更多临床专家、器械厂商携手,持续挖掘触觉传感的全新应用场景,共同推动医疗行业的精准化升级。” 在陈立洋看来,力学感知在医疗领域的应用远未被充分探索,未来还有大量的临床价值,等待与行业伙伴共同发现、验证与落地。


承学脉而开风气,致广大而尽精微。悟通感控正以一片纳米级的柔性薄膜,搭建起连接临床诊疗与数字智能的感知桥梁,以国产自主可控的核心技术,为中国高端医疗器械的转型升级,注入全新的“触觉”力量。

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