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No.1——便宜太阳能
（Make solar energy economical）
太阳能取之不尽，但是人类利用太阳能的能力太低了，难题重重：如何捕捉太阳能，如何转换太阳能，如何储存太阳能……目前，生产每千瓦太阳能的成本约18～30美分（约人民币1.08～1.8元），未来纳米技术也许是降低太阳能成本的一条出路，比如纳米水晶。
No.2——聚变能源
（Provide energy from fusion）
人工聚变不成问题，却停留在小打小闹上，远达不到高效、经济和环保的商业程度。每台家用计算机的电池里都包含锂，理论上讲，这点儿锂足够满足一个家庭15年的用电需求，当然，绝不是以电池的形式。核聚变能把锂转换成氚，产生巨大的能量……如何让核聚变更安全、更有效，就是要解决的问题。
No.3——碳封存技术
（Develop carbon sequestration methods）
全球变暖，二氧化碳是凶手。不要抱怨，工程师的使命是开发新技术，捕捉多余的二氧化碳，并封存起来。在工厂里，让煤在纯氧的环境里燃烧，能更容易地捕捉二氧化碳。难题来了，培育纯氧环境可不件容易事。
No.4——管理氮循环
（Manage the nitrogen cycle）
人类向土地讨吃讨喝，需要氮，因为空气中的氮能使植物硕果累累。氮还是氨基酸（有魔力生成蛋白质）和核苷酸（有魔力生成DNA）的重要元素。幸运的是，地球中的氮几乎取之不尽；不幸的是，人类的文明史，尤其是工业史，已使氮循环系统遭到破坏，管理地球氮循环系统相当困难。
No.5——清洁水
（Provide access to clean water）
全球缺乏清洁水，这个困境有目共睹。挖井、建坝，工程师们长期与水周旋。未来，为了保护水资源，挖井、建坝时工程师们将设计更为繁杂的系统。海水淡化，也是工程师们要考虑的，它的技术并不难，但是降低生产成本却是难上加难。废水利用，工程师们也得想一想。
No.6——维修完善城市基础设施
（Restore and improve urban infrastructure）
千年来，只要有城市，就须有城市基础设施的维修和完善。但是，21世纪的特点是互联网、信息、智能、数据等相结合的，它的城市也将有新的特点。如何在新世纪中维修和完善城市基础设施，工程师们更多地需要创新。
No.7——健康信息学
（Advance health informatics）
看病，有的医生把患者的症状写在病历簿上，有的记录于计算机中，这对健康信息的管理和监控提出了难题。如何开发一款无线监控器，能自动识别医院或家中患者的病情，并做出诊断……这些都是21世纪健康信息学涉及的内容。
No.8——好药
（Engineer better medicines）
利用基因信息，工程师们正忙于了解人类身体的“微”变化，制作新药。个性化医疗大家都在谈，但是困难重重：如何开发快速评估患者基因档案的系统，如何搜集和管理个性化海量信息，如何开发便宜快速医疗仪器。比如基因芯片和传感器，检测血液中化学成分的细微变化。
No.9——逆向工程大脑
（Reverse-engineer the brain）
工程学和神经科学交叉，会给医疗、制造和传播等领域带来长足发展。虽然我们能制造会玩国际象棋的机器人，但是人工智能领域仍是若隐若现。专家们认为，这一问题可能归结于我们对于人脑的研究涉猎太浅。研究人脑后再讨论人工智能，也许有助于开发大脑芯片，让痴呆者重获记忆，让盲人重见光明。
No.10——防止核恐怖
（Prevent nuclear terror）
如何防止核恐怖袭击，是工程师们不得不考虑的问题。这项关系生死存亡的难题包括以下挑战：如何确保制作核武器原材料的安全，如何发现核武器，尤其是远距离，如何防爆核武器，如何面对核打击做出应急反应、清理现场，如何发现肇事的恐怖分子。
No.11——互联网安全
（Secure cyberspace）
这可比抓贼难多了。要了解互联网的重要性，不防看一看电影《虎胆龙威：虚拟危机》。互联网安全也将升级，不仅要保障单一个人、企业、机构等信息安全，还需要从互联网生态系统上考虑安全问题，研究互联网心理、社会学等，防止个体从内部实施破坏活动。
No.12——虚拟世界现实化
（Enhance virtual reality）
利用虚拟世界进行培训、治疗和沟通，已不是新鲜事。然而，工程师们有一个巨大难题：如何让这个虚拟世界更现实？这就需要工程师们开发超清晰可穿戴产品……
No.13——个性化学习
（Advance personalized learning）
在电影《黑客帝国》中，通过向Trinity的头脑里下载一个东西，她就学会了驾驶直升机。这听起来有点夸张，却指出了未来个性化学习的方向。在这个领域中，工程师们能做的事太多了，比如神经科学和医疗诊断的深度结合，能探索大脑是如何学习的。
No.14——开发科学发现工具
（Engineer the tools of scientific discovery）
有人说科学家是理论派，工程师是实践派，然而，两者之间的界限越来越模糊，合作也越来越频繁和深入。工程师的一大任务是开发有助于科学发现的工具。
责任编辑：尹颖尧
（Make solar energy economical）
太阳能取之不尽，但是人类利用太阳能的能力太低了，难题重重：如何捕捉太阳能，如何转换太阳能，如何储存太阳能……目前，生产每千瓦太阳能的成本约18～30美分（约人民币1.08～1.8元），未来纳米技术也许是降低太阳能成本的一条出路，比如纳米水晶。
No.2——聚变能源
（Provide energy from fusion）
人工聚变不成问题，却停留在小打小闹上，远达不到高效、经济和环保的商业程度。每台家用计算机的电池里都包含锂，理论上讲，这点儿锂足够满足一个家庭15年的用电需求，当然，绝不是以电池的形式。核聚变能把锂转换成氚，产生巨大的能量……如何让核聚变更安全、更有效，就是要解决的问题。
No.3——碳封存技术
（Develop carbon sequestration methods）
全球变暖，二氧化碳是凶手。不要抱怨，工程师的使命是开发新技术，捕捉多余的二氧化碳，并封存起来。在工厂里，让煤在纯氧的环境里燃烧，能更容易地捕捉二氧化碳。难题来了，培育纯氧环境可不件容易事。
No.4——管理氮循环
（Manage the nitrogen cycle）
人类向土地讨吃讨喝，需要氮，因为空气中的氮能使植物硕果累累。氮还是氨基酸（有魔力生成蛋白质）和核苷酸（有魔力生成DNA）的重要元素。幸运的是，地球中的氮几乎取之不尽；不幸的是，人类的文明史，尤其是工业史，已使氮循环系统遭到破坏，管理地球氮循环系统相当困难。
No.5——清洁水
（Provide access to clean water）
全球缺乏清洁水，这个困境有目共睹。挖井、建坝，工程师们长期与水周旋。未来，为了保护水资源，挖井、建坝时工程师们将设计更为繁杂的系统。海水淡化，也是工程师们要考虑的，它的技术并不难，但是降低生产成本却是难上加难。废水利用，工程师们也得想一想。
No.6——维修完善城市基础设施
（Restore and improve urban infrastructure）
千年来，只要有城市，就须有城市基础设施的维修和完善。但是，21世纪的特点是互联网、信息、智能、数据等相结合的，它的城市也将有新的特点。如何在新世纪中维修和完善城市基础设施，工程师们更多地需要创新。
No.7——健康信息学
（Advance health informatics）
看病，有的医生把患者的症状写在病历簿上，有的记录于计算机中，这对健康信息的管理和监控提出了难题。如何开发一款无线监控器，能自动识别医院或家中患者的病情，并做出诊断……这些都是21世纪健康信息学涉及的内容。
No.8——好药
（Engineer better medicines）
利用基因信息，工程师们正忙于了解人类身体的“微”变化，制作新药。个性化医疗大家都在谈，但是困难重重：如何开发快速评估患者基因档案的系统，如何搜集和管理个性化海量信息，如何开发便宜快速医疗仪器。比如基因芯片和传感器，检测血液中化学成分的细微变化。
No.9——逆向工程大脑
（Reverse-engineer the brain）
工程学和神经科学交叉，会给医疗、制造和传播等领域带来长足发展。虽然我们能制造会玩国际象棋的机器人，但是人工智能领域仍是若隐若现。专家们认为，这一问题可能归结于我们对于人脑的研究涉猎太浅。研究人脑后再讨论人工智能，也许有助于开发大脑芯片，让痴呆者重获记忆，让盲人重见光明。
No.10——防止核恐怖
（Prevent nuclear terror）
如何防止核恐怖袭击，是工程师们不得不考虑的问题。这项关系生死存亡的难题包括以下挑战：如何确保制作核武器原材料的安全，如何发现核武器，尤其是远距离，如何防爆核武器，如何面对核打击做出应急反应、清理现场，如何发现肇事的恐怖分子。
No.11——互联网安全
（Secure cyberspace）
这可比抓贼难多了。要了解互联网的重要性，不防看一看电影《虎胆龙威：虚拟危机》。互联网安全也将升级，不仅要保障单一个人、企业、机构等信息安全，还需要从互联网生态系统上考虑安全问题，研究互联网心理、社会学等，防止个体从内部实施破坏活动。
No.12——虚拟世界现实化
（Enhance virtual reality）
利用虚拟世界进行培训、治疗和沟通，已不是新鲜事。然而，工程师们有一个巨大难题：如何让这个虚拟世界更现实？这就需要工程师们开发超清晰可穿戴产品……
No.13——个性化学习
（Advance personalized learning）
在电影《黑客帝国》中，通过向Trinity的头脑里下载一个东西，她就学会了驾驶直升机。这听起来有点夸张，却指出了未来个性化学习的方向。在这个领域中，工程师们能做的事太多了，比如神经科学和医疗诊断的深度结合，能探索大脑是如何学习的。
No.14——开发科学发现工具
（Engineer the tools of scientific discovery）
有人说科学家是理论派，工程师是实践派，然而，两者之间的界限越来越模糊，合作也越来越频繁和深入。工程师的一大任务是开发有助于科学发现的工具。
责任编辑：尹颖尧