一、仿生自平衡理论与方法
根据生物自平衡和自适应原理，采用一定技术、手段、方法和工艺，在具体的工程设备、仪器和装置上得到应用，取得效果。
二、仿生自平衡钻进理论与技术
突破钻探技术的常规研究思维，提出不用钻机和钻杆的双钻头自平衡自适应碎岩方法、自行走机制、自变向与定向机制和闭式循环自冷却降温传热原理等关键理论和技术，摆脱传统钻探对钻机的依赖，解除钻机由地面向地下远程传扭传压、多钻杆连接给进、单钻头碎岩、起下钻停止泥浆循环、DWD（MWD）随钻耐高温电子元器件检测和无线信息传输等思想枷锁的束缚。
三、仿生自平衡理论的应用
仿生自平衡理论在航天航空、海洋、建筑、极地、煤碳、基础工程和军事等领域得到应用。团队研究成果有：
- 地外星体自平衡自适应取样器（航天航空）
自平衡自行走穿地弹（军事）
仿生自行走静压触探装置（海洋）
自平衡式连续拧卸钻杆设备（钻井）
管道清理自平衡自适应机器人（地下管道）
自给进极地冰层热融与机械联合钻进系统（地极）
地下煤层气化燃烧技术与装备（煤碳）
主动式自平衡自补偿自保护智能密封技术（海洋）
地面矩形坑自平衡成型系统（军事）
仿生自平衡自适应石材锯切装置（建筑）
仿生自平衡抽吸式随套管沙土成孔装置（基础工程）
四、仿生钻头技术
跳出常规钻头的研究思维，开展深入研究。以土壤动物前爪为模仿原形，采用全新的配方、超高工作层设计方法和具有再生功能的高效切削齿结构设计理论与工艺，通过改变岩石受力方式获取坚硬地层孕镶金刚石钻头碎岩新方法，使钻头在钻穿不同地层过程中能始终保持高效钻进状态，理论上可以实现深地钻探的“一径一钻头”理想目标。
五、科学钻探装备与工艺
科学钻探是目前能直接获取地下实物数据资料的唯一技术方法，是人类解决所面临的资源、灾害、环境等重大问题不可或缺的重要手段，被誉为“深入地球内部的望远镜”。通过科学钻探直接观察地球，了解地球内部组成、结构、构造和动力学，以便充分开发、利用和有效地保护地下资源和减轻地质灾害，是一条重要的和极为有效的科学途径。
六、多相介质耦合传热传质