美国国家工程院公布由专家评选出的人类在21世纪面临的14大科技挑战，内容涉及四大主题：环境的可持续性、健康、减少易被攻击性和生活乐趣。这些挑战由美 国全国科学基金会邀请来自各个领域的专家评选，评选结果已由来自50多个领域的其他专家审阅。专家认为，如果这些难题被攻克，人类生活质量将有所提高。

1.太阳能的重要性

目前，在全球所消耗总能量之中，太阳能利用的比重很小——尚不到1%。但其应用潜力远不止于此。作为一种能量来源，没有什么可以与太阳相比。太阳不停地释放 出巨大能量，这些能量远大于以往人类技术所能生产的各种能量。太阳释放的能量不断辐射到宇宙空间中，只有很小一部分到达地球表面，但即使这些也相当于现在 人类所利用能源的一万多倍。

2. 核融合发电

人工核融合发电已经历了小规模的试验示范阶段。为了促进其商业推广，要在提高效率，降低成本，减少对环境的不良影响等方面下功夫。如果核融合发电 （FusionEnergy）一旦成功，那么笔记本电脑锂电池中所含的锂足以供您及家人15年的用电要求。锂可以提供核融合所需的一种关键元素——氚，用 来和氘（氚，氘皆为氢的同位素）进行核融合。理论上来说，基于锂和氢的核融合可以为人类提供永无匮乏之虞的新能源——核能。

3.研发二氧化碳封存技术

二氧化碳捕获与封存对减少全球温室气体排放具有深远的意义，将为减缓气候变化带来希望。二氧化碳是造成全球变暖的主要温室气体之一。为有效缓解全球变暖的趋势，要减少二氧化碳的排放，或者将排放的二氧化碳捕捉并储存在地下或海洋里。

4. 控制氮循环

工程师可以通过更好的施肥技术以及妥善的保存和回收废物来重建氮循环的平衡。尽管这个问题还不象温室效应那样受人关注，但是正如使用矿物燃料作为能源对环境产生的负面影响一样，人类活动对全球氮循环的影响也对工程界提出了巨大的挑战。

5. 使全球民众喝上洁净水

当今世界的水供给正在面临新的威胁，经济的、先进的技术可以使世界上成百上千万的民众受益。当英国诗人Samuel TaylorColeridge写到“水啊，水啊，盈满四方，竟无涓滴可饮尝。”的时候，他并没有想到21世纪全球水资源的情况。他说的并不是很离谱，今 天，世界上的 许多地方，饮用水以及其它用途用水已经成为一个紧要问题。

6. 可持续发展的城市规划

优良的设计和先进材料的使用可以改善运输、能源、给水和排水系统，并且可以创建可持续发展的城市环境。2005年，美国土木工程师协会发布了一项报告，给不同类型的美国城市规划打分，平均分为D。

7. 建立人体健康信息系统

强大的健康信息系统不仅支持日常的门诊记录，并且在面对流行疾病爆发以及发生生化进攻时可以起到重要作用。当你呼叫911急救电话时，救治结果很大程度上取决于对你本人健康情况相关信息的掌握和处理的方式。

8. 开发基因药物

工程师们正在开发新的系统来利用遗传信息、检测人体细微的变化、评估新药物和释放疫苗。医生们很早就知道不同人对于疾病的敏感程度不同，对药物的反应也不一样。但是，由于缺少对于个体差异的认知，目前所开发的治疗方案都是适用于群体而非个体。

9. 对人脑的逆向工程

工程学和系统神经科学的结合促进了医疗业、制造业和通讯业的长足进步。几十年来，工程领域一些科研人员一直致力于创造能够思考的机器，即能够模拟人工智能的电脑。

10. 防止核恐怖事件

早在2001年以前，负责国家安全的人就开始担心由于恐怖袭击而有可能直接导致30万人员的伤亡和数千平方英里国土的流失。从核时代的开始，全世界适合制造 核武器的核材料就备受关注。某些国家可能缺乏足够的安全措施来应对偷窃或者贩卖核弹，而用于研究或者发电的核反应堆分布在全球各处，这些反应堆都可以为核 装置提供原料，并且用类似的原材料来制造核武器的知识已经广为公开，这就导致了只要掌握核原料就可能制造出核弹。

11. 保护网络空间

保护网络空间这不仅仅是防止个人身份被窃，银行、国家安全以及基础设施的重要系统也可能处于危险之中。在21世纪，个人隐私和国家安全都依赖于对网络空间——信息共享网的保护，而这一系统直到20世纪晚期才出现。

12. 增强虚拟现实

对大多数人来说，虚拟现实主要包括玩计算机视频游戏或者看科幻电影。在好莱坞电影里就有有关虚拟现实的描述，从1983年只有比较简陋观影装置的《头脑风 暴》到完全虚拟世界的《黑客帝国》。但是在许多专业领域，从精神治疗到教育，虚拟现实正成为一个强有力的新工具，可以用来训练实践人员，治疗病人，并且在 各种娱乐方面得到了越来越多的应用。例如，虚拟现实目前已经被用于工业设计，工程师虚拟地制造出完整的汽车和飞机以便于试验设计原理、人类工程学、安全方 案、维护通道等等。

13.发展个性化学习

很多年来，研究人员都在争论看字读音教学法和单词识别教学法哪一个才是教小孩子阅读的最好方法，双方观点都有很多支持者。然而，当问一个一年级教师时，答案 可能是取决于小孩子本身。一些小学生对整体单词法更加喜欢，而另外一些则通过语音学习更快。年轻的大脑（和老一些的大脑一样）并不都是一样的，学习应该是 因人而异的。贯穿整个教育体系，教学一直遵循“一个尺寸适合所有人”的学习方法，不顾天资或者兴趣方面的差异而简单地给每个人都提供完全一样的教育方法。 成人教育也是坚持一成不变，忽略了年龄、文化背景、职业和动机的差异。最近，随着个性化喜好的不断增长，导致了更多的适应学生个体需求的“个性化学习”。个人化的学习方法包括学生们能自己掌握进度的程序以及设计能匹配学习者个性的程序。

14 .推动自然科学的发展

在大众看来，科学家和工程师有着明显的工作分工，科学家的工作是探索、试验并发现，工程师则是创造、设计并建造。实际上，这种区别是很模糊的，工程师通过多 种方法来参与科学发现的过程。大型试验和探索研究中，为获取诸如物理、生物领域的新信息，经常需要工程技术专家来设计工具、设备、系统。