2014年8月，英国工程与自然科学研究理事会（EPSRC）发布《工程学重大挑战》报告，确定了工程学未来的七大重大挑战：在互联世界中的风险和弹性，控制细胞的行为，从原子层面到应用层面的工程学，定制的工程学，用于未来工程学的大数据，超结构——在一定约束条件下将资源基础设施一体化，培育能成为公共决策核心的工程师。

一、在互联世界中的风险和弹性

该挑战与复杂系统相关，其关键在于找到从简单工程学到复杂工程学的解决方案。该挑战包括：（1）针对复杂系统的高度网络化和动态的建模能力和决策工具；（2）在不确定性、复杂的风险因素以及新出现的行为等条件下的预测行为；（3）通过设计提高性能和效率：低风险、低成本和高经济产出，减少对环境的影响和其他负面影响，确保安全性和可靠性；（4）控制：聚焦系统集成和方法论；最终将新方法嵌入到系统中以获得更好的解决问题；（5）从特定的组件设计规范走向终身产品性能工程；（6）使所有利益相关者都能接受复杂性并从中受益。

二、控制细胞的行为

该挑战侧重于开发新的工程方法来设计、创建和控制生物系统，用于各种应用中。该挑战的关键是需要设计器件、分子和表面的新方法来引导细胞执行特定的靶功能，同时考虑其他生物功能并减轻对系统的影响。该挑战包括：（1）生物分子、生物医学器件和行为按规范进行的生物系统的设计；（2）细胞和分子尺度工程学的系统和控制方法，可用于制药、生物医学和生物技术产业；（3）化学上或结构上全新的、可引导细胞行为的生物材料设计，可用于再生医学；（4）结合生物学知识和工程学解决方案需求，为生物系统和生物医学器件开发新的工程学模型和设计方法；（5）为控制细胞行为制定一个工程设计周期；（6）为生物系统开发新的多尺度表征和测量方法；（7）支持器件和材料设计的传感器、新诊断技术和相关的数据处理和分析方法。

三、从原子层面到应用层面的工程学

该挑战也可称为“从分子到市场”，关注如何设计跨尺度的产品和系统，该挑战包括：（1）微结构的重要性，微结构弥补了从原子到块体和从分子到连续介质之间的介观尺度鸿沟；（2）静态和动态，包括了成本预测等实施方面的问题；（3）与不同物理模型和不同时空尺度之间的联系和交流；（4）在每个层面和在模型中获得足够的精度，使得数据可以在大尺度和小尺度之间转变；（5）开发出可用于产业和研究的高效、实用和稳健的模型；（6）产品和流程的交互，要认识到制造过程的变化取决于材料，并因此确定产品的特性；（7）重复使用和回收等的终身研发；（8）测量：适合相关尺度的合适测量方法。

四、定制的工程学

该挑战关注新技术如何使人们能探索一系列具有潜力的新事物，从而使得工程学能定制和个性化。该挑战包括：（1）制定方法使个人或群体（如企业、当地社区、慈善机构、教育机构）能获得满足其需求的独特产品和个性化产品；（2）发展针对个人和企业的供应链；（3）减少生产中的浪费：开发材料的新用途并只使用必需的材料；（4）社会方面：确定并量化个人的生理需求和文化需求；（5）开发合适的监管框架；（6）颠覆性技术：新设计和制造生产过程。

五、用于未来工程学的大数据

创建一个可以智能地收集、处理和使用数据的环境，将使工程师和科学家能稳健、可靠和高效地管理工程学的数据。该挑战包括：（1）稳健、低功率、二十四小时实时传感的传感器；（2）可靠、高效地采集、存储、传输和组织传感的数据；（3）开放获取实时产生的信息并使之可视化；（4）知识的应用：这些数据如何被用来设计新的方法或模型，控制和优化系统，以及使物理干预自动化；（5）取决于数据使用的其他方向（如基础设施、医疗技术）的挑战。

六、超结构——在一定约束条件下将资源基础设施一体化

该挑战的目标是为不确定但可持续的未来设计出可优化一体化基础设施的开发和操作方案。该挑战包括：（1）扩大基础设施的定义，使之包括资源和食物，并确保其被认为是各种系统的系统；（2）开发一种能整合基础设施所有组件的整体方法（国家或城市的）；（3）将该挑战与大数据、复杂系统及工程学和社会等挑战关联起来；（4）确定基础设施的弹性：可变需求、人口变化、新技术、气候变化和其他新出现的因素；（5）通过适当的规划和支持来管理风险，避免锁定到特定技术，阻碍基础设施的通用性。

七、培育能成为公共决策核心的工程师

为了使工程师能够成为公共决策的核心，必须大步改变当前的工程学教育。这需要与其他学科（如经济和政治）更密切的结合，需要各种层面的干预，包括把工程学嵌入到国民教育课程，把本科工程学教育与沟通和影响能力结合起来，并促进对工程学和艺术的学生的共同教育以使他们讨论工程学的社会影响。在公众层面上，将宣传工程师的作用和影响。                                              

（黄龙光)