21世纪工程学面临14大挑战

　　美国国家工程院最近公布一项有关21世纪工程学面对的主要挑战的报告，报告由美国全国科学基金会召集的专家小组撰写，报告认为如能在21世纪解决这些挑战，人类生活将得到改善。

　　为起草这份报告，这些被视为当代工程和科学领域最成功的专家们从2006年开始就多次进行会谈，讨论和确定这份工程学挑战的名单。与此同时，在长达一年的时间里，专家们还通过网络等渠道接受全球各地优秀科学家和工程师的意见和建议。

　　国家工程院还让人们投票选举他们认为的最重要的工程学挑战，并允许大家在相关项目网站上发表评论。最终选出的项目得到了50多位专家的审评，这些项目基本上与人类发展的4个关键问题有关，它们是持续发展丶健康丶降低人类面对灾难的脆弱性和提高生活质量。

　　前所未有的进步和挑战

　　科学家认为，21世纪工程学面对的14项主要挑战是：更加容易地获取太阳能丶提供聚变能源丶发明碳冻结工艺丶利用氮循环丶提供饮用水丶修复和改善城市基础设施丶在健康信息学方面取得成就丶开发更有效的药品丶发展大脑逆向工程学丶预防核恐怖丶保护网络空间丶加强虚拟现实技术丶发展个性化学习和发明科学探索新工具等。

　　研究者回顾了人类文明在整个历史过程中所取得的进步，以及从工业革命以来这些进步对人类生活产生的影响，工业革命意味着机器在很多领域代替了人类劳动。另一方面，最近几十年工程学发展迅速，汽车丶飞机丶广播丶电视丶太空飞船等发明使人类生活得到极大改善。

　　与此同时，所有这些成就又导致了一系列前所未有的挑战的产生。随着人口的增加，持续发展和改善生活质量问题日益突出。公共健康方面的新旧威胁要求开发更加有效的医疗手段，流行病丶恐怖暴力和自然灾害迫使人们进行更多的研究以创建新的保护和预防机制。

　　同时我们还需要确保地球的未来，地球上的资源已经越来越少，无法满足人口增长的需求。因此需要开发新的能源，同时要阻止和警惕现有环境遭到破坏。为此，人类需要找到更好的方法以方便丶经济和科学地利用和推广太阳能和聚变能源，同时对石油燃料排放的二氧化碳的收集方法加以完善。

　　水资源的分配

　　另一个重要的环境问题是氮循环问题。从空气中提取氮与植物(我们的食物)结合这样一个生态化学循环已被人类活动改变。随着化肥使用的普及和工业燃料产生的高温效应，人类已经使氮在空气中被提取的速度比工业革命前提高了一倍，导致酸雨和全球变暖等现象的出现。因此找到解决氮循环问题的方法是当务之急。

　　此外，淡水的质量和数量也是一个根本问题。在世界很多地方，缺水现象已经非常严重。水应该能够被获取并得到长期供应以维持地球上的生命。淡化海水的新技术也许有助于这个问题的解决，但是就地小规模净化水的技术应该更有用。

　　提到与水的质量有关的人类健康问题，还有很多重要问题有待解决，例如疟疾，它的治疗需要新的医学技术和方法。总之，生物化学要解决个性化医疗问题，医生认为每个人抵抗疾病的能力和接受治疗的效果各不相同，但目前的医学技术只提供一种相同的解决方法。最新的人类基因研究和其他领域的科学进展，为分辨每个人的特征从而分析他患病的趋势和最佳治疗方案提供了更多可能。

　　人工智能和个人学习

　　另一方面，对大脑功能的深入研究将有助于人工智能的发展，同时人类还需要发明新药以对付恐怖主义者散播的新病毒和危险。此外我们还需要面对自然灾害的后果，更新城市和服务基础设施，维持脆弱的生态平衡。

　　对于工程学家来说，学习和教育也是挑战之一。工程学家应努力发明新的工具以进行宇宙丶生命和微观领域的探索。

　　报告作者指出，所有这些努力肯定将面对巨大的政治阻力。在世界很多地方，保守集团正从旧有的能源经营体制中获取利益，阻碍新能源公司的发展。另一方面，执行必要的能源项目需要大笔资金，因此工程学家需要和科学家丶教育家以及其他领域的专家联合起来，共同推动科学丶技术和工程学的发展。

　　美国普林斯顿大学机械和太空工程教授罗伯特·索科洛在采访中指出，制定这份报告也是为了让公众了解在科学和工程学方面的投资能够在何种程度上改善人类的生活。

　　索科洛是受国家工程院召集确定21世纪工程学面对的主要挑战的18位独立思想家之一，他指出，如果没有前辈科学家和工程学家享用的科研投资，我们就不能享受到现代生活的种种便利，而如果没有和目前数量相当的科研资金的投入，未来的人们就无法得到应有的生活品质。