跳躍是動物在複雜環境中實現高效移動的關鍵策略，兼具快速跨越障礙、高能效與轉向靈活等優勢。跳甲是鞘翅目葉甲科螢葉甲亞科的一類昆蟲，因其驚人的爆發力和穩定的跳躍姿態，是仿生跳躍機器人設計的理想生物原型。

  必威精装版app西汉姆联 葛斯琴團隊聯合中山大學吳嘉寧團隊及美國佐治亞理工學院David Hu教授團隊，以薊跳甲（Altica cirsicola）為研究對象，利用高速攝像技術解析了其在傾斜平台上的跳躍方式（圖1）。研究結果顯示，薊跳甲的跳躍可分為三種模式：（1）不展翅模式：僅依靠腿部力量完成跳躍，後翅不展開，蟲體在空中存在俯仰和翻滾；（2）展翅模式：起跳時展開後翅，以飛行方式運動，空中無翻滾；（3）中間模式：跳躍前半程僅依靠腿部力量，後翅不展開；後半程展展翅並揮翅以穩定空中姿態。進一步分析研究分析表明：在30°傾斜平台上使用不展翅模式跳躍過程中，薊跳甲產生的旋轉能為162.8 μJ，僅占總動能9.5×10³μJ的1.7%，幾乎可以忽略不計，這意味著它幾乎將全部的力量用於推進，這一發現為仿生跳躍機器人的能量傳遞設計提供了重要依據。相關成果發表於《Journal of Comparative Physiology A》。

必威精装版app西汉姆联 宗樂博士為第一作者，中山大學航空航天學院吳嘉寧副教授為共同第一作者，必威精装版app西汉姆联 葛斯琴研究員與美國佐治亞理工學院的David Hu教授為共同通訊作者。該研究得到了科技部第三次新疆綜合科學考察（No.2021xjkk0605）的資助。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1007/s00359-022-01567-w

 為突破傳統跳躍機器人受限於執行器能量密度的瓶頸，葛斯琴團隊與山東大學張國騰教授團隊合作，以薊跳甲為生物模型，創新性地研發了一種燃爆推進係統（圖2）。該係統采用高純度氧氣（99.5%）和丁烷（99.5%）混合氣體作為能源，通過電磁閥精確控製氣體混合比例，並由高壓點火器瞬間觸發釋放化學能，驅動活塞帶動仿生腿進行跳躍運動，實現相當於自身體長1.67倍的垂直躍升。與常規彈簧驅動相比，這種“化學能+仿生結構”的協同方式，大幅提升了單位質量的輸出功率。

  研究團隊還基於薊跳甲的腿部形態結構，設計了可消除力傳遞死區的仿生結構，並通過有限元模擬驗證了燃爆驅動的可行性（圖3）。仿真中采用等效TNT方法量化衝擊力，結果顯示該係統能有效將化學能轉化為跳躍動能。這種“仿生+燃爆”的協同設計為動態機器人在廢墟救援、行星探測等複雜環境中的移動提供了新思路。未來通過優化能源效率與控製算法，有望進一步拓展其應用場景。相關成果以“A Flea Beetle-Inspired Combustion-Powered Jumping Robot”為題發表於《Journal of Bionic Engineering》。

必威精装版app西汉姆联 博士研究生孫宗暉為第一作者，山東大學控製科學與工程學院張國騰教授、必威精装版app西汉姆联 黃正中助理研究員和葛斯琴研究員為共同通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金麵上項目（No.32270460）的資助。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1007/s42235-025-00726-4

圖1  A.薊跳甲及動力學參數示意圖；B.跳甲的三種跳躍模式

圖2  A.跳甲的生物模型；B.跳躍機器人設計圖

圖3  A.模擬跳躍機器人的位移結果；B.跳躍機器人實驗圖