스스로 화학실험하는 로봇 개발…실험실 교육·연구 패러다임 바꿔

서강대학교

서강대학교 화학실험실에 설치한 로봇팔 ‘캠봇’이 스스로 화학실험을 하고 있다.

로봇팔 ‘캠봇’ 이용한 시범수업서 사람 개입없이 알아서 실험 확인
숙련된 연구자와 유사한 수준서 로봇이 반복 실험 등 재연 가능
국제학술지에 소개돼 화제

서강대학교(총장 심종혁) 화학실험실에 연구자 없이도 스스로 실험을 하는 로봇팔 ‘캠봇(ChemBot)’이 등장하였다.

캠봇은 실험실에서 스스로 시료의 준비, 세포배양, 분석까지 다양한 화학실험과 세포배양 등의 복잡한 과정을 독립적으로 수행한다.

캠봇은 사람이 사용하는 실험실 내 기구 대부분을 활용할 수 있도록 설계돼 시료를 준비하는 파이펫, 시험관, 세포배양 접시 등을 자유롭게 조작할 수 있다. 실시간 원격 제어도 가능하다.

서강대학교 캠퍼스.

특히 사람이 직접 실험하기 위험한 작업이나 반복 실험, 논문에 실린 프로토콜을 소프트웨어에 입력하여 시약 혼합, 오븐이나 분석장치 조작 등 대부분의 연구 활동을 스스로 수행하는데, 이때 로봇팔에 장착된 카메라를 통해 파이펫이나 뷰렛과 같은 정밀한 기구의 위치를 스스로 찾아내 오차 없이 조작할 수 있다. 이로써 대학에서 수행하는 많은 화학실험을 연구자 없이도 스스로 처리할 수 있게 되었다.

서강대는 이번 봄학기 시범 수업을 통해 로봇을 이용한 화학실험을 도입한 데 이어, 2학기부터는 화학과 3학년 정규교과목에 세계 최초로 로봇을 이용한 화학합성 실습을 정식으로 도입할 예정이다.

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실험 수행의 신뢰성 확보

기존의 로봇팔이 단순한 반복작업에 그쳤다면, 캠봇은 화학 및 생물학 실험과 같은 예측하기 힘든 작업을 사람과 같은 기구를 사용해 전 과정에서 사람의 개입 없이 수행할 수 있다는 점에서 의미가 크다.

물질 합성이나 분석을 위한 화학실험은 숙련된 연구자가 반복 수행해도 기구의 한계나 오차로 인해 종종 실패하거나 예상치 못한 결과가 나오곤 한다. 캠봇은 사람이 사용하는 기구를 그대로 사용하기 때문에 실험의 오차와 예외적인 결과를 동일하게 재현할 수 있다. 이는 연구자가 수행한 것과 유사한 결과를 얻을 수 있음을 뜻한다.

캠봇 연구 책임자인 서강대 화학과 및 바이오계면연구소의 신관우 교수는 “코로나 펜데믹으로 통학이 어려운 상황에서 로봇이 원격으로 실험을 수행할 수 있을까 하는 궁금증에서 연구를 시작했다”며 “대학에서 수행하는 대부분의 화학실험이 가능함을 확인해 기초과학 기피로 인해 부족해진 대학원생 인력들을 대신하여 로봇이 실험을 수행하는 시대가 열리게 된 것”이라고 말했다.

국제학술지 내부 표지에 실린 실험실 로봇팔 ‘캠봇’ 논문.

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교육·연구분야 혁신 예고

이번 연구는 로봇 및 자동화 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 인텔리전트 시스템스’의 5월 17일 자 내부 표지에 선정되어 공개되었다. 이 연구는 단순한 반복 작업을 넘어 복잡하고 정교한 화학실험까지 자율적으로 수행할 수 있는 로봇의 가능성을 입증한 중요한 성과로 평가받고 있다.

서강대의 캠봇 공개는 실험실의 혁신을 가져올 중요한 전환점이다. 앞으로 실험실에서 로봇의 역할은 더욱 확대될 것이며, 자율 학습 능력, 협업 능력, 원격 실험 수행, 정밀한 화학 합성, 실시간 오류 수정 및 적응 등 다양한 기능을 통해 연구와 교육의 패러다임을 변화시킬 것으로 기대된다.

서강대 바이오계면연구소의 이성호 박사는 “코딩을 모르는 연구자들도 쉽게 다양한 실험에 적용할 수 있도록 제어프로그램을 개발하고 있다“며 “조만간 많은 기업의 연구소에서도 널리 활용될 수 있을 것”이라고 전망했다.

심종혁 총장