화학 실험실 반복 실험 대체할 로봇 등장..."33배 빨리 촉매 성능 평가"

한국에너지기술연구원

한국에너지기술연구원은 박지찬 청정연료연구실 책임연구원팀이 로봇을 활용한 촉매 성능 평가 자동화 실험실을 국내 최초로 구축했다고 1일 밝혔다.

정보기술(IT)의 발달로 세상이 빠르게 발전하고 있지만 최첨단 연구를 수행하는 화학 분야 실험실의 연구 수행 방식은 큰 변화가 없다. 단순 반복 실험에도 고 숙련 전문 인력이 필요해 창의적인 연구가 오히려 뒷전으로 밀리기도 한다.

박 책임연구원은 기존에 숙달된 연구원이 하루 3회 정도 수행할 수 있던 촉매 사전 평가 실험을 로봇을 활용해 무인으로 시간당 6회까지 수행할 수 있는 완전 자동화 촉매 성능 평가 시스템을 개발했다. 월평균 30~50명의 전문 인력을 대체할 수 있는 수준으로 소재 개발 가속화와 높은 연구 성과 달성이 가능해질 것으로 기대된다.

연구팀은 국내 협동로봇 제조회사인 '레인보우로보틱스'의 로봇과 진동 교반기, 마이크로 피펫 등 실험도구를 자외선(UV)/가시광선(Vis) 분광기와 연동했다. 여기에 자체 개발한 자동화 프로그램을 접목해 촉매 반응 진행 정도를 실시간으로 정확히 분석할 수 있도록 설계했다.

로봇기반 촉매 자동화 평가시스템은 나이트로페놀 촉매 환원 반응을 이용해 동일한 금속과 함량을 갖는 촉매간 상대적 성능 수준을 파악할 수 있다. 나이트로페놀 촉매환원 반응은 UV/Vis 분광기를 이용해 나이트로페놀레이트 이온의 흡광도 세기 변화를 측정하는 방법이다. 이 시스템은 하루 100회 이상 촉매 성능 평가가 가능해 촉매 기술 개발의 속도를 높일 수 있다.

연구팀은 이 시스템을 통해 전문인력 투입 없이 빠르고 신뢰성 있는 촉매 사전평가 데이터를 확보할 예정이다. 이 시스템은 촉매 소재 개발과 나노소재 물성 평가에도 활용할 수 있고 장기적으로는 촉매와 나노소재 관련 빅데이터 구축에도 기여할 수 있다.

박 책임연구원은 "숙달된 연구자들만이 원활히 수행 가능했던 반복적 촉매 평가 실험을 무인 자동화 로봇을 통해 빠르고 신뢰도 있게 진행하도록 대체한 점에서 큰 성과"라며 "향후 나노 촉매 다품종 소량 생산 스마트 실험실을 구현하는 등 국가적 촉매 공유 플랫폼 센터를 완성해 보고자 한다"고 말했다.

[이영애 기자 yalee@donga.com]