联合国教科文组织最近发表的工程学报告指出，传统工程学前沿正在向前拓展，并与各个社会科学学科及农业科学和医学科学互动。与此同时，也出现了一些新的基础工程学领域，如纳米技术和生物工程。还可能出现新的跨学科的发展工程学。在解决城市化、全球化、社会可持续发展中，工程师们可以发挥更大的作用。
　　
　　过去50年里出现了一些日益紧迫的全球性问题，比如如何使世界在社会、经济和环境方面是可持续的，又如何应对城市化和全球化的挑战，工程学需要广泛地参与解决哪些问题。
　　目前，传统的工程学前沿开始拓展，包含了与社会学、经济学、政治学及其他社会科学和过程的互动，与医疗卫生和农业科学的互动，工程师们已开始在解决这些问题中发挥有效的、综合的作用。与此同时，几个与科学密切联系的新的基础工程领域的出现，有潜力以未全知的方式变革工程学和影响全球问题，这些领域有纳米技术和生物工程等。
　　
　　经济、社会和环境的
　　可持续性提上议程
　　
　　在经济可持续性工程领域，挑战是如何设计出一些技术和系统来促进全球商务发展，加强技术创新和创业，帮助创造工作岗位，同时尽量减少环境影响和有效利用资源。
　　在社会领域，工程学的挑战是设计出一些系统，以促进医疗保健和教育，提高人们生活质量，帮助减少全球贫困人口，帮助人类在一个日益由机器决定节奏的世界中保护人文。工程学在这些领域的贡献是不可或缺的，但如没有政治和经济力量的协助将一事无成。工程学还面临一个新挑战，就是发展各种技术路线，帮助避免或减少敌对行动，减轻自然灾害的影响，刺激人类减少对地球资源的依赖。
　　工程学在寻找从水到粮食、能源和材料等各种资源中所起到的传统作用需要发扬光大，并需要在资源保护和废物管理中发挥日益重要的作用。
　　水在各大洲和各地区的分布不均以及可用量有限对工程技术提出了巨大需求，从设计更有效的供水系统和废水处理系统、再循环系统到脱盐，减少水库蒸发损失、堵住旧供水系统的大量泄漏和建设新的再循环系统。
　　上世纪的绿色革命使粮食产量增加了一倍。由于人口和经济高速增长而提出的新需求，生物燃料开发占用农田，渔场枯竭，因此，粮食供应极有可能再次紧缺。这就要求采用新的工程方法，包括水产养殖和遗传学应用。在许多国家里，储存和运输过程中造成的大量粮食损耗是个问题，我们再也不可听之任之。
　　在能源领域，工程学面临的挑战是，不断改进技术，用于收集取之不尽但极其分散的太阳能，用于开采石油，用于从地球内部获取热能，用于为世界上很大一部分人口提供环境友好的动力和照明。将大量间歇性风电和太阳能电力送上电网是一个重大挑战，关键问题在于如何设计出经济的、或大或小的蓄电方法，减少电厂为高峰时段供电所需要的发电容量。
　　最大的全球性能源挑战是提高能源利用效率从而大幅减少被浪费的能源（50%），还有化石燃料电厂排放的脱碳。液体碳氢化合物是世界运输系统的主要燃料，迫切需要替代这些燃料。通过植物微生物分子工程或氢燃料电池实现这种替代的前景正在显现。
　　材料资源领域的挑战是，发现更加可持续的替代材料，反复利用稀缺材料（如铜），对那些材料进行回收，并开发生产和利用之间的材料流的有效闭合循环。
　　在环境领域，工程学要帮助减少人类居住和活动留下的足迹对环境的损害——从人类居住地扩大和社会冲突造成的破坏，到资源的随意开采和转化、水坝对野生生物的影响、威胁人类健康和使全球气候变暖的气体往大气的排放，还有称为热岛现象的城市上空较高的大气温度。提高资源利用效率、适度消费、材料再循环、化解冲突、限制城市无序扩大、发展替代能源等，都成了空前紧迫的工程学挑战。还要解决空前重大的废物处置问题（包括核废料处置这个棘手问题），保护人类健康，也保护环境。保护其他物种的关键栖息地的完整性可使它们与人类活动共存，为此要仔细进行基础设施设计和选址规划。要应对所有这些挑战必须依靠新技术以及公众对新政策的必要性的理解。
　　现在，世界上有一半人口生活在城市，城市化是第二个新出现的急需解决的全球性发展问题。在发展中国家，城市人口比例在不远的将来会迅速提高，而发达国家大都实现了城市化。全球可持续性越来越多地受到城市的影响，其中有大城市，也有小城市。城市人口统计的迅速变化向工程学提出了挑战，既要正视发展中国家城市中大量年轻人的需要，又不能忽视他们最终也会白发苍苍，他们的预期寿命增加。这一问题在发达世界已略见端倪。
　　需要反复思考人类和人类制造物之间许多界面的设计，使那些物品用起来方便。这些城市工程的挑战是，为这一城市发展大潮提供各种解决方案，尽可能多地利用当地资源发展基础设施系统，适应城市区域的扩大，为市民提供充足的住房、交通工具、洁净水、卫生设施、电力、电信服务，并通过创造新的工作岗位，帮助减少城市贫困带来的可怕的坏影响。在任何一个国家，城市化还带来提高市民生活质量的要求，为此要处理好交通拥塞，减少污染和噪音。
　　城市继续向可能发生地震、火山喷发、洪水、风暴和海啸的区域扩张，而且城市经常成了敌对活动攻击的对象，由此，工程学面临空前的挑战，必须设法依靠更牢靠和更具弹性的基础设施、更有效的预警系统、更实用的疏散和避难规划，以保护处于风险的人们。
　　为了满足发展中国家城市可持续发展的种种需要，必须依靠工程学设计出足够好的解决方案，这些方案要比发达国家的传统解决方案经济，并且能迅速满足绝大部分需求，其中包括更廉价更快速的建筑建设、更简单的维护和修理、绿色能源、材料节省和环境友好技术、更机动灵活的城市交通、宽带的提供等。
　　经济全球化向工程学提出的第三方面的挑战是：改进运输系统，传播信息，利用快速的互联网技术，提供参与全球经济所需的技术培训，发展共同标准以加强全球工程能力的协同作用，从而帮助人群、地区和个人获得全球知识和进入全球市场。
　　
　　新的基础工程领域：
　　回应重大发展挑战
　　
　　新的基础工程领域，它们是材料、能源、信息和系统、生物工程。这四个领域提出的新挑战为未来提供巨大的新机会。
　　在材料领域，越来越有可能依靠纳米技术和生物纳米技术逐个地操纵离子、原子和分子来创制出新的材料。这些材料有各种各样的性能，从结构强度的加强到传感，转换能量，根据光的波长与光相互作用，按照需要改变材料特性，有变革制造、建设和基础设施的效果。材料和微结构的大规模自行组装是较远期的事，但也极具可能性。
　　在能源领域，燃料电池、生物质和废物焚化装置、细菌发电装置、生物燃料发电机、光伏发电、高效热量收集装置、大型和小型先进风轮机、小水电涡轮机等的发展都有大量的应用。高压直流超导输电线路减少远距离输电损失，使我们有可能利用边远地方的能源资源和进行远距离输电。核聚变仍然是远期的现实，但建造大量先进裂变反应堆来提供基本动力越来越成为减少温室气体排放所必需，这些反应堆本身很稳定，有防核扩散的安全燃料循环。
　　在信息技术领域，由于未来有数十亿个晶体管的微芯片的发展以及普遍开放标准的制定，正在使个人通信和上网发生变革的个人便携装置将变得更加集成，成为将音频、数据和图像结合起来的多功能、多用途装置。由于地理、成本和组织的原因，传统电话用不上的地区将受到巨大影响。
　　半导体电子学和计算机结构的继续进步，将有可能制造出计算能力空前巨大的计算机，对工程分析和设计以及生物、社会和环境现象的研究有巨大的影响。信息技术对于提高材料和能源利用效率是个关键。信息技术与系统工程配合将全面提高医疗保健系统，社会服务、制造、运输和其他基础设施系统，农业、地球物理及矿产勘探和开采的功效，而这一切都是重大的发展挑战。
　　从消除贫困对地方的恶劣影响到提供普遍且有效的医疗保健、经济发展、城市化、安全和全球变暖，在所有重大的全球挑战中，最高端的系统工程必须包含协调社会、政治和经济系统、卫生和营养系统以及处理水和能源供应、建设、基础设施和生产的较传统的工程系统。一个有前景的系统工程领域是更高级机器人和机器人系统的创造，它们有非常广泛的应用，从帮助残疾人到从事制造工作及执行危险任务。
　　生物工程是指工程学与生物学和医学的相互作用，生物工程在医疗保健、工业、农业以及日常生活中的地位将日益提高。例如，许多新的成就包含了饮用水的生物学处理，替换患病生物体组织和创造新组织的组织工程，制造各类复杂人造器官的工程，仪器、传感器的进步，更可靠更快速的诊断方法及给药，快速的疫苗生产，蛋白质、基因和生物体工程等。生物工程的许多进步对发展具有重大意义，极有可能推进小型化（如芯片上的工厂和实验室）、计算硬件和软件、成像和视频化以及机械装置和电子装置结合的机电一体化装置的发展。
　　一个新兴的但人们仍很不熟悉的生物工程领域是仿生学。仿生学是要探寻新思路，对生物系统特征研究所产生的工程设计进行“概念验证”。可以预期，这样会带来更廉价或更有效的方案，像受白蚁巢设计启发而产生的通风系统设计一样，或像多氢键协同而自然实现的高强度结构一样。
　　除了上述新的挑战和可能性之外，可以预期会出现一个新的跨学科的工程学领域，这个新领域也许可称为发展工程学，但它不仅适用于发展中国家。发展工程学将响应全球对工程师的需求，那些工程师要了解人类发展和可持续性问题，充分发挥他们的工程学知识。他们受到有关未来的意识激励，能够与其他学科、与社会、与政治领导人打交道，能够设计和实施解决方案。在这种背景下，工程学的一个往往受忽视但却是必有的责任是，帮助识别、避免或减轻新技术发展和应用可能带来的负面结果。
　　
　　
　　（中国科学技术信息研究所供稿）