工程學(xué)14大挑戰(zhàn)

robert

No.1——便宜太陽能

（Make solar energy economical）

太陽能取之不盡，但是人類利用太陽能的能力太低了，難題重重：如何捕捉太陽能，如何轉(zhuǎn)換太陽能，如何儲(chǔ)存太陽能……目前，生產(chǎn)每千瓦太陽能的成本約18～30美分（約人民幣1.08～1.8元），未來納米技術(shù)也許是降低太陽能成本的一條出路，比如納米水晶。

No.2——聚變能源

（Provide energy from fusion）

人工聚變不成問題，卻停留在小打小鬧上，遠(yuǎn)達(dá)不到高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的商業(yè)程度。每臺(tái)家用計(jì)算機(jī)的電池里都包含鋰，理論上講，這點(diǎn)兒鋰足夠滿足一個(gè)家庭15年的用電需求，當(dāng)然，絕不是以電池的形式。核聚變能把鋰轉(zhuǎn)換成氚，產(chǎn)生巨大的能量……如何讓核聚變更安全、更有效，就是要解決的問題。

No.3——碳封存技術(shù)

（Develop carbon sequestration methods）

全球變暖，二氧化碳是兇手。不要抱怨，工程師的使命是開發(fā)新技術(shù)，捕捉多余的二氧化碳，并封存起來。在工廠里，讓煤在純氧的環(huán)境里燃燒，能更容易地捕捉二氧化碳。難題來了，培育純氧環(huán)境可不件容易事。

No.4——管理氮循環(huán)

（Manage the nitrogen cycle）

人類向土地討吃討喝，需要氮，因?yàn)榭諝庵械牡苁怪参锎T果累累。氮還是氨基酸（有魔力生成蛋白質(zhì)）和核苷酸（有魔力生成DNA）的重要元素。幸運(yùn)的是，地球中的氮幾乎取之不盡；不幸的是，人類的文明史，尤其是工業(yè)史，已使氮循環(huán)系統(tǒng)遭到破壞，管理地球氮循環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)困難。

No.5——清潔水

（Provide access to clean water）

全球缺乏清潔水，這個(gè)困境有目共睹。挖井、建壩，工程師們長期與水周旋。未來，為了保護(hù)水資源，挖井、建壩時(shí)工程師們將設(shè)計(jì)更為繁雜的系統(tǒng)。海水淡化，也是工程師們要考慮的，它的技術(shù)并不難，但是降低生產(chǎn)成本卻是難上加難。廢水利用，工程師們也得想一想。

No.6——維修完善城市基礎(chǔ)設(shè)施

（Restore and improve urban infrastructure）

千年來，只要有城市，就須有城市基礎(chǔ)設(shè)施的維修和完善。但是，21世紀(jì)的特點(diǎn)是互聯(lián)網(wǎng)、信息、智能、數(shù)據(jù)等相結(jié)合的，它的城市也將有新的特點(diǎn)。如何在新世紀(jì)中維修和完善城市基礎(chǔ)設(shè)施，工程師們更多地需要?jiǎng)?chuàng)新。

No.7——健康信息學(xué)

（Advance health informatics）

看病，有的醫(yī)生把患者的癥狀寫在病歷簿上，有的記錄于計(jì)算機(jī)中，這對(duì)健康信息的管理和監(jiān)控提出了難題。如何開發(fā)一款無線監(jiān)控器，能自動(dòng)識(shí)別醫(yī)院或家中患者的病情，并做出診斷……這些都是21世紀(jì)健康信息學(xué)涉及的內(nèi)容。

No.8——好藥

（Engineer better medicines）

利用基因信息，工程師們正忙于了解人類身體的“微”變化，制作新藥。個(gè)性化醫(yī)療大家都在談，但是困難重重：如何開發(fā)快速評(píng)估患者基因檔案的系統(tǒng)，如何搜集和管理個(gè)性化海量信息，如何開發(fā)便宜快速醫(yī)療儀器。比如基因芯片和傳感器，檢測(cè)血液中化學(xué)成分的細(xì)微變化。

No.9——逆向工程大腦

（Reverse-engineer the brain）

工程學(xué)和神經(jīng)科學(xué)交叉，會(huì)給醫(yī)療、制造和傳播等領(lǐng)域帶來長足發(fā)展。雖然我們能制造會(huì)玩國際象棋的機(jī)器人，但是人工智能領(lǐng)域仍是若隱若現(xiàn)。專家們認(rèn)為，這一問題可能歸結(jié)于我們對(duì)于人腦的研究涉獵太淺。研究人腦后再討論人工智能，也許有助于開發(fā)大腦芯片，讓癡呆者重獲記憶，讓盲人重見光明。

No.10——防止核恐怖

（Prevent nuclear terror）

如何防止核恐怖襲擊，是工程師們不得不考慮的問題。這項(xiàng)關(guān)系生死存亡的難題包括以下挑戰(zhàn)：如何確保制作核武器原材料的安全，如何發(fā)現(xiàn)核武器，尤其是遠(yuǎn)距離，如何防爆核武器，如何面對(duì)核打擊做出應(yīng)急反應(yīng)、清理現(xiàn)場(chǎng)，如何發(fā)現(xiàn)肇事的恐怖分子。

No.11——互聯(lián)網(wǎng)安全

（Secure cyberspace）

這可比抓賊難多了。要了解互聯(lián)網(wǎng)的重要性，不防看一看電影《虎膽龍威：虛擬危機(jī)》?；ヂ?lián)網(wǎng)安全也將升級(jí)，不僅要保障單一個(gè)人、企業(yè)、機(jī)構(gòu)等信息安全，還需要從互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)上考慮安全問題，研究互聯(lián)網(wǎng)心理、社會(huì)學(xué)等，防止個(gè)體從內(nèi)部實(shí)施破壞活動(dòng)。

No.12——虛擬世界現(xiàn)實(shí)化

（Enhance virtual reality）

利用虛擬世界進(jìn)行培訓(xùn)、治療和溝通，已不是新鮮事。然而，工程師們有一個(gè)巨大難題：如何讓這個(gè)虛擬世界更現(xiàn)實(shí)？這就需要工程師們開發(fā)超清晰可穿戴產(chǎn)品……

No.13——個(gè)性化學(xué)習(xí)

（Advance personalized learning）

在電影《黑客帝國》中，通過向Trinity的頭腦里下載一個(gè)東西，她就學(xué)會(huì)了駕駛直升機(jī)。這聽起來有點(diǎn)夸張，卻指出了未來個(gè)性化學(xué)習(xí)的方向。在這個(gè)領(lǐng)域中，工程師們能做的事太多了，比如神經(jīng)科學(xué)和醫(yī)療診斷的深度結(jié)合，能探索大腦是如何學(xué)習(xí)的。

No.14——開發(fā)科學(xué)發(fā)現(xiàn)工具

（Engineer the tools of scientific discovery）

有人說科學(xué)家是理論派，工程師是實(shí)踐派，然而，兩者之間的界限越來越模糊，合作也越來越頻繁和深入。工程師的一大任務(wù)是開發(fā)有助于科學(xué)發(fā)現(xiàn)的工具。

責(zé)任編輯：尹穎堯