최근 신소재 개발에 인공지능(AI)을 활용해 드는 시간과 비용을 줄이는 연구가 활발하다. 국내 연구진이 AI에 로봇까지 접목해 사람의 개입 없이 1년 365일, 24시간 동안 소재개발 연구를 할 수 있는 연구실을 개발했다.
한상수 한국과학기술연구원(KIST) 계산과학연구센터장과 이관영 고려대 화공생명공학과 교수 공동 연구진은 AI와 로봇을 활용해 맞춤형 금속 나노입자를 설계할 수 있는 스마트연구실을 개발했다고 4일 밝혔다.
KIST와 고려대 공동 연구진은 먼저 로봇팔을 기반으로 나노입자를 합성하고, 합성된 나노입자의 광학적 특성을 측정하는 자동화 장치를 개발했다. 여기에 AI 기술을 접목해 연구자가 원하는 소재의 물성을 입력하면 이를 정확히 충족시키는 나노 소재를 합성하는 맞춤형 소재 개발 스마트연구실을 만들었다.
특히 스마트연구실 플랫폼에 AI 기술을 적용해 단순 자동화 장치 대비 소재 탐색 효율성을 500배 이상 높였다. 사람이 하는 실험은 연구환경이나 연구자에 따라 결과가 달라져 재현성 있는 결과를 얻기 힘들다. 이번에 개발한 스마트연구실에서는 일관성 있는 양질의 데이터를 대량으로 생산할 수 있다.
연구진은 스마트연구실의 안전확보를 위한 AI 기술도 개발했다. 무인으로 운영되는 스마트연구실은 연구자가 다칠 위험은 없지만, 로봇의 과부하로 인한 오작동과 같은 안전사고를 예방하기는 어렵다. 연구진은 이러한 안전사고를 사전에 감지하고, 예방하기 위한 AI 비전기술(DenseSSD)을 개발해 스마트연구실에 탑재했다. DenseSSD는 실험실 내 연구장비와 재료를 감지하고, 이상이 있으면 사용자에게 알림을 보낸다.
한상수 센터장은 "사람의 개입 없이 소재개발이 가능한 스마트연구실 플랫폼은 노령화에 따른 연구인력 감소 문제를 해결할 수 있는 새로운 연구개발(R&D) 패러다임이 될 것"이라고 전했다. 연구에 참여한 김동훈 선임연구원은 "향후 비전문가도 스마트연구실을 쉽게 사용할 수 있도록 챗GPT와 같은 대화형 언어모델을 접목할 계획이다"라고 밝혔다. 연구진은 스마트연구실 플랫폼을 촉매, 배터리, 디스플레이와 같은 다양한 소재 분야로 확장할 예정이다.
연구 결과는 재료과학 분야의 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'와 'npj 컴퓨테이셔널 머티리얼즈(Computational Materials)'에 각각 지난 6일과 2월 22일에 온라인 게재됐다.
참고 자료
Advanced Functional Materials(2024), DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202312561
npj Computational Materials(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41524-024-01216-7