第四，在先進材料和制造領域，綠色和智能將凸顯。

材料和制造是人類文明的物質基礎，而且制造業是國民經濟的產業主體。智能制造從分子層面設計、制造和創造新材料，與直接數字化制造結合，將產生爆炸性的經濟影響。未來30-50年，能源、信息、環境、人口健康、重大工程等對材料和制造的需求將持續增長，先進材料和制造的全球化、綠色化、智能化將加速發展，制造過程的清潔、高效、環境友好日益成為世界各國追求的主要目標。

新一代材料的發現和應用可以改變生產、生活的很多方面。例如，新一代石墨烯是目前最薄、最硬的納米材料，幾乎完全透明，電阻率比銅和銀更低。石墨烯的研究成果在2010年獲得諾貝爾物理學獎。預計2024年前后，石墨烯器件可望替代CMOS器件，應用領域包括納電子器件、光電化學電池、超輕型飛機材料等。基於石墨烯開發出新型儲能設備，可將充電時間縮短到一分鐘﹔作為導電材料和導熱材料，可用在光伏或光熱產業﹔各國正在加大研發投入，推動商業化。

第五，農業領域將在一些基本的問題上取得突破。

農業將進入生態高效可持續發展時代，不僅要繼續發揮其保障食物安全和國民經濟發展等傳統功能，還將擔負起緩解全球能源危機、提供多樣化需求和優良生態環境等新使命。

例如，在生物多樣性演化過程及其機理，高效抗逆、生態農業育種科學基礎與方法，營養、土壤、水、光、溫與植物相互作用的機理和控制方法，耕地可持續利用科學基礎，全球變化農業響應和食品結構合理演化等方面取得突破，將能夠保証我們農業生態高效和可持續發展。另外，分子育種成為農業前沿科技和熱點。目前，我國的大豆、玉米等很多種業都是被國外公司控制，國家的育種面臨危險和挑戰。農業分子育種是戰略性新興產業。當前主流的單基因轉基因技術盡管較為成熟，但作物性狀改良范圍和空間有限，未來的發展方向是多基因控制、多目標嵌入的農業分子模塊育種。

第六，人口健康領域孕育重大突破和產業發展。

預計本世紀中葉，全球人口將達80億-100億。人類將面臨傳統傳染病新的變異和傳播，新的感染性疾病、心理障礙和精神性疾病、代謝性疾病、老年退行性疾病的挑戰。必須提高人口質量，保証食品、生命和生態安全，通過疾病早期預測診斷與干預、干細胞與再生醫學等研發，攻克影響健康的重大疾病，將預防關口前移，走一條低成本普惠的健康道路。

目前，重大的疾病治療診治上，首選是常規藥物，但很難徹底治愈﹔其次是進行手術，一旦器官在手術中被割掉，就要進行器官移植，但是器官來源是有限的。基於干細胞的再生醫學，有望解決人類面臨的神經退行性疾病、糖尿病等重大醫學難題，引發繼藥物、手術之后的新一輪醫學革命，正在孕育重大創新突破。美國FDA已批准干細胞治療和用於心臟病和急性脊髓損傷的臨床研究。干細胞產業也隨著制藥企業和風險投資的大量介入，逐步進入成熟階段，替代器官、干細胞藥物研發等將促進干細胞新興產業快速發展。

在上述的六個領域中，任何一個領域的突破性原始創新，都會為新的科學體系建立打開空間，引發新的科學革命﹔任何一個領域的重大技術突破，都有可能引發新的產業革命，為世界經濟增長注入新的活力，引發新的社會變革，加速現代化和可持續發展進程。

科技創新與產業變革往往相伴相隨，中科院特別是應用型研究所要密切關注新的科技革命與產業革命發展趨勢，緊密結合市場需求，努力促進和引領變革。國外學者和領導人非常關注“新一輪工業革命”。美歐學者預言，一種建立在信息技術和清潔能源相結合基礎上的新一輪工業革命即將到來，將使全球技術要素和市場要素配置方式發生革命性變化，將有可能對以低成本勞動力密集為特征的中國制造業造成沖擊。

目前，3D打印技術開始應用在設計領域，可在數小時內完成一個磨具的打印，節約了產品到市場的開發時間。中國已經有一些這方面的工作，但還沒有很多的自主知識產權。3D打印技術涉及信息技術、網絡技術和新材料等，正向更廣泛的領域應用拓展，將有可能帶來一些新的技術革命。另外，大數據（BIG DATA）作為一門新交叉學科也是我們面臨的新挑戰。2011年全球創建和復制數據總量達到1.8ZB。2012年3月，美國啟動“大數據研究和發展計劃”，把大數據稱為“未來的新石油”，六大科研機構合力研發核心技術、整合相關應用人才，大力支持協同創新。我國要在應對“新一輪工業革命”、“3D打印技術”、“大數據浪潮”等方面，抓緊研究、統籌布局、積極推進。