第四，在先进材料和制造领域，绿色和智能将凸显。

材料和制造是人类文明的物质基础，而且制造业是国民经济的产业主体。智能制造从分子层面设计、制造和创造新材料，与直接数字化制造结合，将产生爆炸性的经济影响。未来30-50年，能源、信息、环境、人口健康、重大工程等对材料和制造的需求将持续增长，先进材料和制造的全球化、绿色化、智能化将加速发展，制造过程的清洁、高效、环境友好日益成为世界各国追求的主要目标。

新一代材料的发现和应用可以改变生产、生活的很多方面。例如，新一代石墨烯是目前最薄、最硬的纳米材料，几乎完全透明，电阻率比铜和银更低。石墨烯的研究成果在2010年获得诺贝尔物理学奖。预计2024年前后，石墨烯器件可望替代CMOS器件，应用领域包括纳电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等。基于石墨烯开发出新型储能设备，可将充电时间缩短到一分钟；作为导电材料和导热材料，可用在光伏或光热产业；各国正在加大研发投入，推动商业化。

第五，农业领域将在一些基本的问题上取得突破。

农业将进入生态高效可持续发展时代，不仅要继续发挥其保障食物安全和国民经济发展等传统功能，还将担负起缓解全球能源危机、提供多样化需求和优良生态环境等新使命。

例如，在生物多样性演化过程及其机理，高效抗逆、生态农业育种科学基础与方法，营养、土壤、水、光、温与植物相互作用的机理和控制方法，耕地可持续利用科学基础，全球变化农业响应和食品结构合理演化等方面取得突破，将能够保证我们农业生态高效和可持续发展。另外，分子育种成为农业前沿科技和热点。目前，我国的大豆、玉米等很多种业都是被国外公司控制，国家的育种面临危险和挑战。农业分子育种是战略性新兴产业。当前主流的单基因转基因技术尽管较为成熟，但作物性状改良范围和空间有限，未来的发展方向是多基因控制、多目标嵌入的农业分子模块育种。

第六，人口健康领域孕育重大突破和产业发展。

预计本世纪中叶，全球人口将达80亿-100亿。人类将面临传统传染病新的变异和传播，新的感染性疾病、心理障碍和精神性疾病、代谢性疾病、老年退行性疾病的挑战。必须提高人口质量，保证食品、生命和生态安全，通过疾病早期预测诊断与干预、干细胞与再生医学等研发，攻克影响健康的重大疾病，将预防关口前移，走一条低成本普惠的健康道路。

目前，重大的疾病治疗诊治上，首选是常规药物，但很难彻底治愈；其次是进行手术，一旦器官在手术中被割掉，就要进行器官移植，但是器官来源是有限的。基于干细胞的再生医学，有望解决人类面临的神经退行性疾病、糖尿病等重大医学难题，引发继药物、手术之后的新一轮医学革命，正在孕育重大创新突破。美国FDA已批准干细胞治疗和用于心脏病和急性脊髓损伤的临床研究。干细胞产业也随着制药企业和风险投资的大量介入，逐步进入成熟阶段，替代器官、干细胞药物研发等将促进干细胞新兴产业快速发展。

在上述的六个领域中，任何一个领域的突破性原始创新，都会为新的科学体系建立打开空间，引发新的科学革命；任何一个领域的重大技术突破，都有可能引发新的产业革命，为世界经济增长注入新的活力，引发新的社会变革，加速现代化和可持续发展进程。

科技创新与产业变革往往相伴相随，中科院特别是应用型研究所要密切关注新的科技革命与产业革命发展趋势，紧密结合市场需求，努力促进和引领变革。国外学者和领导人非常关注“新一轮工业革命”。美欧学者预言，一种建立在信息技术和清洁能源相结合基础上的新一轮工业革命即将到来，将使全球技术要素和市场要素配置方式发生革命性变化，将有可能对以低成本劳动力密集为特征的中国制造业造成冲击。

目前，3D打印技术开始应用在设计领域，可在数小时内完成一个磨具的打印，节约了产品到市场的开发时间。中国已经有一些这方面的工作，但还没有很多的自主知识产权。3D打印技术涉及信息技术、网络技术和新材料等，正向更广泛的领域应用拓展，将有可能带来一些新的技术革命。另外，大数据（BIG DATA）作为一门新交叉学科也是我们面临的新挑战。2011年全球创建和复制数据总量达到1.8ZB。2012年3月，美国启动“大数据研究和发展计划”，把大数据称为“未来的新石油”，六大科研机构合力研发核心技术、整合相关应用人才，大力支持协同创新。我国要在应对“新一轮工业革命”、“3D打印技术”、“大数据浪潮”等方面，抓紧研究、统筹布局、积极推进。