사람 필요없는 `스마트 실험실` 시대 왔다…AI·자동화로 해결

에기연, 위험한 촉매실험 전 과정을 자동화
촉매구조분석부터 샘플링, 데이터 등 자동 구현

한국에너지기술연구원은 촉매 연구 실험 전 과정을 AI와 자동화 기술을 통해 구현한 '스마트 실험실' 개념도 에기연 제공

에기연이 구축한 촉매연구 전주기 스마트실험실 개념도

국내 연구진이 위험하고 복잡한 촉매 실험을 AI와 자동화 기술을 접목한 '스마트 실험실'로 구현했다.

한국에너지기술연구원은 윤민혜 박사 연구팀이 촉매 개발 실험 전 과정을 자동화한 '스마트 실험실'을 구축하는 데 성공했다고 18일 밝혔다.

촉매 연구는 실험 규모가 커지면 반응기 종류, 반응 조건, 성형 방법 등의 공정을 새롭게 바꿔가며 스케일업 해야 한다. 이로 인해 인력과 장비, 비용 증가로 이어진다. 특히 가스 물질을 고온·고압의 조건에서 촉매반응을 하려면 안전상 위험이 뒤따르고, 실험이 미숙하거나 연구인력 변경, 수기 입력 오류 등으로 결과물의 품질 저하를 가져온다 .

연구팀은 이런 촉매 연구가 안고 있는 여러 가지 문제를 무인화, 자동화, 데이터 자동수집, 데이터베이스화 등을 기반으로 촉매구조 분석부터 샘플링, 생성물 분석, 데이터 수집·보관 등 전 과정을 자동으로 구현했다. 스마트 실험실은 XRD(X-선 회절) 분석 자동화·자율분석시스템, 고온고압반응기 자동샘플링 시스템, DB 웹플랫폼, 데이터 자동수집·변환시스템 등을 적용해 구축했다.

가령, XRD(X-선 회절) 분석 자동화와 자율분석시스템을 통해 촉매 구조를 분석하는 XRD 분석장비를 24시간 무인 운전과 자동분석 기능을 수행하도록 해 연구 인력의 단순 반복 업무를 줄이고 생산성을 높였다. 또 고온고압 반응기 자동샘플링 시스템을 개발해 실험 중 가장 난이도가 높은 샘플링 작업을 자동화하고, 안전한 실험 환경에서 휴일과 야간 근무를 대체할 수 있다.

자동화로 축적된 분석·평가 데이터를 관리하는 '샘플 QR 관리 프로그램(DB 웹플랫폼)'과 데이터를 자동 수집하고 가공을 거쳐 DB화해 실시간으로 시각화할 수 있는 '데이터 자동수집-변환 시스템'을 적용해 촉매 연구의 신뢰성과 효율성을 높였다.

윤민혜 에기연 박사는 "이번에 구축된 스마트 실험실은 어렵고 위험한 실험환경을 개선하고, 데이터 자동수집, DB화 등 실험 전 분야의 데이터를 효과적으로 관리할 수 있다"며 "실험실의 디지털 트윈을 구현해 연구현장의 혁신을 이끌고, 기후위기 대응 기술개발에도 기여하겠다"고 말했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr