KIST, AI 기반 신소재 설계 자동화 플랫폼 개발

국내 연구진이 AI 자동화를 통해 신소재 설계 및 개발에 필요한 실험 횟수를 500분의 1로 줄일 수 있는 ‘스마트 연구실’을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 원내 계산과학연구센터와 고려대 연구팀의 공동 개발을 통해 AI와 로봇을 활용한 금속 나노입자 설계 플랫폼을 개발했다고 4일 밝혔다.

미래 첨단산업을 이끌어갈 신소재를 개발하기 위해서는 물질의 설계와 더불어 다양한 비율로 합성하는 등의 여러 실험이 필요한데, 이 때문에 막대한 비용과 시간이 소모된다는 문제점이 존재한다.

이에 최근에는 AI를 활용해 원하는 신소재를 개발할 때까지의 실험해야 할 경우의 수를 대폭 줄이는 연구가 활발히 진행되고 있다.

연구팀은 로봇팔로 나노입자를 합성하고, 합성된 나노입자에 광학적 특성을 측정하는 자동화 장치를 개발해 AI 플랫폼과 연동했다.

원하는 광학적 특성을 AI에 입력하면, 여러 실험과 측정을 자동으로 반복해 원하는 나노소재를 빠르게 합성하는 방식이다.

KIST 계산과학연구센터 개발팀 [KIST 제공]

특히 연구팀은 효율 극대화를 위해 AI 결과 최적화에 활용되는 ‘베이지안 최적화’ 방식과 기계학습 모델이 훈련을 빠르게 중단해 효율을 높이는 ‘얼리 스톱핑’ 방식을 더했다.

결과적으로 연구팀은 해당 플랫폼을 통해 변수가 3개인 소재 개발 상황에서 실험 횟수를 최대 500분의 1까지 절감하는 효과를 확인했다고 밝혔다.

또 변수가 더 늘어나더라도 추가 실험 횟수가 수천 번 이상에서 200번 수준으로 내려오는 것으로 알려졌다.

아울러 KIST는 이번 플랫폼이 연구환경이나 연구자에 따라 실험 결과가 달라지는 문제도 없으며 양질의 데이터 대량 생산이 가능한 강점이 있다고 전했다.

향후 연구팀은 챗GPT 같은 대화형 언어모델을 접목해 비전문가도 쉽게 활용할 수 있도록 난도를 낮추고, 촉매나 배터리, 디스플레이 등 다양한 소재 분야로 플랫폼을 확장할 계획이다.

KIST 한상수 책임연구원은 "사람의 개입 없이 소재 개발이 가능한 스마트연구실 플랫폼은 연구인력 감소 문제를 해결할 수 있는 새로운 R&D 패러다임이 될 것"이라고 말했다.