紧跟技术进步的脚步

　　在人类发展的历史长河中，工程技术带动了文明的进步。

　　从结束了石器时代的冶金学家到将世界各国人民通过旅行和贸易联合起来的造船者，历史见证了许许多多工程技术造就的奇迹。在日益复杂的农业工具、纺织技术及转变人类互动与沟通能力的发明的帮助下，文明的成长得到了滋养与加强。如机械时钟和印刷出版业的发明不可逆转地改变了文明。

　　在当今时代，工业革命将工程技术的影响力带到了人类生活的每个角落，机器补充和取代了人类劳动，改善了卫生保健系统，蒸汽机的发明推动了采矿业，为火车和轮船提供动力，同时也给工厂提供了能源。

　　在刚刚过去的20世纪，工程技术创下了最伟大的成就。电力和清洁水、汽车和飞机、收音机和电视、航天器和激光器、抗生素和医疗影像处理系统，以及电子计算机和互联网的普及发展，这些虽只是一个世纪来工程技术革命的部分亮点，但几乎已经改善了人类生活的每一个方面。

　　虽然已经取得了所有这些进步，但本世纪提出的挑战要比过去几千年所面临的艰巨得多。随着人口的增长和人类需求和欲望的不断增长，改善人们生活质量的同时维持文明不断进步的问题显得更为迫切。对个人和公众的健康的新旧威胁需要更有效和更方便的治疗手段。流行病、恐怖暴力事件和自然灾害造成的严重危害需要寻找新的办法提供保护和预防。自人类驯服火种和发明车轮以来，增进生活快乐的产品和工艺仍然是工程技术革新的首要任务。

　　在人类关注的每一个领域———可持续发展、卫生、脆弱性及快乐生活———特别巨大的挑战正等待着工程技术来提供解决办法。世界各地的工程精英将努力寻求各种方式把知识转化为实践以克服这些巨大的挑战。通过合理规则、科学发现、艺术美学以及创造性思维的运用，工程师们将继承传统，创造更加美好的未来。

　　其中，最首要的挑战就是那些为确保人类未来所必须克服的难题。地球是一个资源有限的星球，其日益增长的人口却正在以它无法维持的速度消耗资源。各种各样的报告已经发出警告，人类必须开发新的能源来满足自身需求，同时也要阻止或扭转环境的退化。

　　阳光不停地为地球提供源源不断的环保能源，它一个小时产生的能量足够地球人口消耗一年多。但是，要捕获这种能源，并把它变成有用的形式，尤其是为下雨天存储能量，给工程技术提出了严峻的挑战。

　　长久能源供应的另一种颇受欢迎的建议是核聚变，也就是为地球再造一个人工太阳。对核聚变的追求已接近工程智巧的极限，但已取得的进展使人们有理由相信核聚变能的实际目标将是可以实现的。

　　无论是太阳能还是核聚变，工程技术解决方案与当前正在使用的化石燃料相比，在技术上和经济上都必须是可行的，而且即使取得了成功，化石燃料也不会很快从地球能量来源的清单中被淘汰出去，工程师们必须处理化石燃料遗留下来的环境问题。大量的证据表明，矿物燃料燃烧产生的二氧化碳排入大气后，提高了地球温度，造成了气候的破坏。因此，化石燃料的继续使用，工程师们必须不断摸索捕获二氧化碳并将之存储地下的技术。

　　氮元素，是大气中的主要成分，它对环境的影响却很少受到关注。从空气中提取氮将其纳入植物，然后进入食物的生物地球化学循环已经为人类活动所改变。由于化肥和高温工业燃烧的普遍使用，相对工业化以前的时代，人类从空气中消耗氮的速度增加了1倍，得到的却是浓雾、酸雨、饮用水污染甚至正在恶化的全球变暖问题。工程师必须为氮循环的问题设计出对策，同时还要维护保证足够粮食供应的农业生产能力。

　　在这方面备受关注的是水的质量和数量，在世界上许多地区，水的供应已经到了严重短缺的地步。无论是个人使用———饮水、清洁、烹饪及清除废物，还是像农业灌溉这样的大规模使用，可持续的水资源供应是维持生活品质所不可或缺的。淡化海水新技术可能会有所帮助，但纯化当地水源的小规模技术，也许可更有效地满足个人需求。

　　当然，水的质量及其他许多环境问题和人类健康问题密切相关。虽然许多过去的疾病危害已经得到控制甚至消灭，但现代医学认为，如疟疾这样的旧疾病至今仍能置人于死地，新的疾病难题又在考问医疗技术的进步，因此人类迫切需要新的医疗技术和方法。

　　今天，生物医学工程的目标之一就是实现个性化医疗。医学界早就认识到每个人易患疾病及他们对治疗的反应都各不相同，但医疗技术一般都是“一刀切”。最近人类基因组图谱的绘制，使人们更深入地了解人体蛋白质功能及其生化互动，为最终确定决定着人类疾病和健康的具体因素提供了光明的前景。

　　利用这些资料的一个重要途径，将是发展可让医生预测出潜在治疗手段的好处及副作用的方法。确定大脑如何实现其神奇功能的人脑逆向工程，应能带来双重利益，既有助于治疗疾病，同时又能为计算机人工智能新方法提供线索，先进的计算机情报，反过来又能为治疗提供自动诊断和处方。计算机化的医疗卫生信息可加强医疗体系对疾病传播的追踪能力，通过分析比较不同方法的效果可强化预防和治疗手段。

　　新药开发的另一个理由，则是人类面临越来越多的新型疾病的攻击威胁。某些致命细菌，反复演变出新的变种，即使是最强大的抗生素也对其无济于事。新病毒的杀伤力更强大，蔓延的速度也比旨在抗衡的疾病预防系统更快。

　　由此带来的后果是，生态灾害的脆弱性高居生物医学未能克服之挑战榜单的首位，生物医学的技术解决方案还远远不能满足对抗暴力恐怖以及地震、飓风和其他自然灾害所造成威胁的需要。早期发现这种威胁及快速部署应对措施的技术(例如疫苗和抗病毒药物)，仍是今天面临的最迫切的工程技术挑战。

　　恐怖袭击、医学流行病、自然灾害等给人类生活质量造成的威胁，对不断提升生活水平构成的严峻挑战已引起了人们的普遍关注。工程师们面临的巨大挑战，则是维护和更新那些过时的城市基础设施及服务，同时维护生态平衡和增强生活空间的美观。

　　外部世界不是工程技术需要解决的唯一地方。人类精神的内心世界也应当通过教导和学习得到改善，包括调整心态、提高自身拥有的习性和能力。一些新的教学方法，如电脑创造的虚拟现实，毫无疑问也可应用于娱乐和休闲，从而给人类生活增添快乐。

　　通过工程技术加强在现实和知识之间进行探索，使用新的工具来探寻浩瀚的宇宙或生命与原子内部复杂的特性，个人内心和现实世界的好奇精神在整体上将可进一步得以提升。

　　所有这些例子都只是触及工程师们将在21世纪所要面对挑战的表象。以上所描述的问题，只是要说明这些任务的规模和复杂程度。我们必须紧紧把握住这些艰巨任务，确保文明的可持续发展和普通大众的健康，同时降低个人和社会的脆弱性，增进现代世界的生活愉悦度。

　　不找到克服这些障碍的方法，这些挑战将无一得到征服。显然，任何工程技术解决方案始终必须将经济考虑在内。

　　工程师们也必须面对棘手的政策障碍。在世界上许多地方，一些受益于旧体制的群体执掌政治权力来阻止新的企业。即使没有群体加以阻碍，这些新工程项目的昂贵程度也可能会对行动造成阻碍，毕竟要克服这些世纪挑战将需要前所未有的公共资金投入。就短期估计，目前美国政府仅改善基础设施的预算就将达数千亿美元。保证克服这些挑战所必需资金的投入，需要大众和政策的双重支持。工程师们也必须联合科学家、教育工作者和其他人员鼓励和促进学校关于科学、技术、工程和数学教育的改善，强化技术信息向公众的大规模流动，这种信息输送不仅仅授之以鱼，还应是授之以渔。

　　公众对工程技术及其背后的科学知识的理解，将对投资号召及提高采用新技术的成功意愿提供极大的支持。工程技术产品的最终用户必定是个体，所以工程技术必须重视人们的关切，在许多情况下，对采用新技术的任何阻碍都必须加以克服。教师必须调整课程和教学风格，以从个性化学习的电子方法中受益。医生和医院工作人员也必须改变方法，以充分利用医疗信息系统，实施个性化治疗。当药品是为许多个体而非为整个患病人群设计研制时，药品监督和审批的新体系也必须应运而生。

　　存在诸如此类障碍的一个明显例子，就是降低网络空间的易袭性挑战，如身份窃取及旨在扰乱网络交通的电脑病毒。为保证网络空间安全的系统设计必须要切合用户需要，用户遵循的使用方法必须极力避免繁琐，以免给用户造成不便，必须找到最佳方法保证用户能够简便地使用这些新技术。

　　总之，政府和研究机构、政策和经济部门以及个人和社会方面的障碍会重复出现，从而阻碍到工程师们对问题解决方法的追求。就像在历史上曾做的那样，工程师们必须将他们的方法和技术解决方案与全社会成员的目标和愿望融合在一起。

　　“全社会成员”作更进一步的字面解释，那就是所有挑战中也许最困难的是，在世界各地，无论富国还是穷国，推广这些工程技术果实。

　　在当今世界上，工程技术给文明带来的诸多礼物，分布并不平均。至少还有10亿人尚无法获得足够供应的清洁饮用水；数以百万计的人几乎得不到医疗照顾，更遑论个性化诊断和治疗了；解决计算机安全问题，对世界上大多数人来说也毫无疑义，因为他们站在数字鸿沟的另一边。食品、水和能源的可持续供应；免受战争、自然灾害和疾病带来的伤害；全面领略学习、探索、通信和娱乐带来的快乐———应是全世界人们追求的最终目标。

　　因此，工程师们在寻求克服新世纪的这些巨大挑战时，必须将人类的终极目标始终牢记于心。正所谓家庭不睦、万事不兴。一个由富裕和贫困、健康和疾病、食品和饥饿组成的分裂的世界，不可能为文明的长期繁荣发展提供稳定的场所。

　　工程技术在过去所取得的非凡成就，将世界变得更小、更包容、更联通。今天面临的工程技术挑战不是孤立存在的，而是面对着整个地球和这个星球上所有的人们。克服这些挑战，不仅将使世界成为一个技术上更加先进和互连之地，也将使世界成为一个更加可持续发展、安全、健康和充满欢乐的星球。