화학반응 설계하고 스스로 약물 만드는 'AI 화학자' 등장

미국 카네기멜론대

복잡한 화학반응 실험을 설계하고 수행하는 인공지능(AI) 시스템이 등장했다. 게티이미지뱅크 제공

과학자들이 복잡한 화학 실험을 설계하고 수행하는 '인공지능(AI) 화학자'를 개발했다. 생성형 AI 챗봇 '챗GPT'를 사용해 만들어진 이 시스템은 불과 수 분만에 화학 실험을 계획, 설계, 실행했다. 화학자들의 연구 효율을 높이는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

게이브 고메스 미국 카네기멜론대 화학공학과 교수 연구팀은 이들이 개발한 AI 시스템 '협력과학자(Coscientist)'가 실험실에서 파라세타몰과 아스피린 등의 화합을 만드는 화학 반응을 설계하고 수행한 연구 결과를 20일(현지시간) 국제학술지 '네이처'에 발표했다.

연구를 이끈 고메스 교수는 "AI가 인간이 발명한 화학반응을 자율적으로 계획, 설계, 실행하는 놀라운 일이었다"고 말했다.

AI 시스템 '협력과학자'는 3월 공개된 챗GPT 최신버전에 적용된 거대언어모델(LLM)를 사용해 방대한 화학 논문을 학습했다. 연구자가 실제 실험 과정에서 고려하는 사항들과 실행하는 행동을 분석했다. 이를 통해 분자를 만드는 최적의 반응 경로를 설계하고 가장 적합한 시약과 실험도구를 결정하는 능력을 얻었다. 이러한 작업에는 불과 4분이 소요됐다.

'협력과학자'는 그 성능을 확인하는 실험에서 진통제에 사용되는 성분인 파라세타몰과 아스피린을 비롯해 유기 화합물인 나이트로아닐린, 페놀프탈레인 등을 합성했다. 실험 설계 단계에서 가장 좋은 반응결과를 얻을 수 있는 방식을 도출했으며 정확하게 화합물을 만들어냈다.

더욱 복잡한 실험에서도 탁월한 성능을 보였다. 약물 개발에서 중요한 '스즈키-미야우라 반응'을 성공적으로 이끌어냈다. '스즈키 반응'이라고도 불리는 이 반응은 팔라듐 촉매를 이용해 유기할로젠 화합물과 유기붕소 화합물을 간단하고 효율적으로 결합시키는 데 사용된다. 2010년 노벨화학상을 수상한 연구 성과로 잘 알려졌다.

과학자들은 '협력과학자'와 같은 도구들이 향후 다양한 과학기술 현장에 도입될 가능성이 높다고 내다본다. 이같은 전망에 대해 고메스 교수는 "일부 AI 프로그램은 위험하게 작용할 가능성이 있기 때문에 어떤 기술에 사용되는지 신중하게 생각하는 것이 중요하다"고 말했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]