“로봇은 단순 작업만 한다?” 사람보다 더 정확한 ‘실험로봇’ 나왔다

- 에너지硏, 로봇 활용 촉매 성능평가 실험실 첫 구축

로봇 기반 촉매 자동화 평가 시스템 운전 모습.[한국에너지기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 로봇이 연구자를 대신해 수많은 장비와 시약을 능숙하게 조작하는 무인 실험실 시대가 열린다.

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

최근 사람을 대신해 로봇이 커피 제조나 치킨을 튀기는 매장들이 등장하고 있다. 영국 대학의 한 연구팀에서는 실험실용 이동식 무인로봇을 이용한 자율주행 실험 사례에 대해 네이처에 보고한 바 있다.

연구팀은 기존에는 숙달된 연구원이 하루 3회 정도만 수행할 수 있었던 촉매 사전 평가 실험을 로봇을 활용해 무인으로 시간당 6회까지 안정적으로 수행할 수 있는 완전 자동화 촉매 성능 평가 시스템을 개발했다. 월평균 30~50명 수준의 전문 인력을 대체할 수 있는 놀라운 생산성으로 소재 개발 가속화 및 높은 연구성과 달성이 기대된다.

화학산업의 비타민과 같은 촉매는 자동차 배기가스 저감이나 연료전지, 의약산업 등 다양한 산업에 폭넓게 이용되고 있다. 하지만 국내의 고체 촉매 소재 원천기술은 매우 부족한 상황으로, 대부분 수입에 의존하고 있다. 국내에서 촉매를 국산화하기 위해 많은 시간과 에너지, 인력을 투입하고 있지만 제법이 복잡하고 재현성이 낮으며 통일된 시스템이 존재하지 않아 유연성이 떨어진다.

연구팀은 빠르고 편리하면서 신뢰성 높은 촉매 성능 평가 과정을 위해 국내 협동 로봇 제조회사 ㈜레인보우로보틱스의 로봇과 진동 교반기, 마이크로 피펫 등을 UV/Vis 분광기와 연동시켰다. 여기에 자체 개발한 자동화 프로그램을 접목해 촉매 반응 진행 정도를 실시간으로 정확히 분석할 수 있도록 설계했다.

로봇이 실험실내 설치된 모습.[한국에너지기술연구원 제공]

로봇기반 촉매 자동화 평가시스템은 나이트로페놀 촉매 환원 반응을 활용해 동일한 금속과 함량을 갖는 촉매들에 대해서 각각의 활성도와 속도상수 등을 빠르고 정밀하게 반복 측정함으로써 촉매 간 상대적 성능 수준을 정확하게 파악할 수 있는 특징이 있다. 또한 하루 100회 이상 촉매 성능 평가 결과를 확보할 수 있어 촉매 기술 개발의 속도를 높일 수 있다.

앞으로는 전문 인력의 투입 없이도 보다 빠르고 신뢰성 있게 촉매 사전평가 데이터를 확인할 수 있게 됐다. 이 시스템은 촉매 소재 개발과 나노 소재의 물성 평가에도 활용이 가능하며, 장기적으로는 축적된 정보를 기반으로 촉매와 나노 소재 관련 빅데이터 구축에도 기여할 것으로 기대를 모은다.

박지찬 박사는 “숙달된 연구자들만이 원활히 수행 가능했던 반복적 촉매 평가 실험을 무인 자동화 로봇을 통해 빠르고 신뢰도 있게 진행하도록 대체한 큰 성과”라며 “향후 나노 촉매 다품종 소량 생산 스마트 실험실을 구현하고 더 나아가 인공지능 알고리즘이 접목된 자율 수행 실험실 그리고 이를 토대로 국가적 촉매 공유 플랫폼 센터를 완성해 보고자 한다”라고 말했다.

nbgkoo@heraldcorp.com