“하루 1000회 화학실험을 자동으로”… AI·로봇 플랫폼 구현

IBS, 새로운 화학생성물 보다 빠르고 정밀하게 실험
화학반응 과정 시각화 및 숨은 화학반응 경로 발견
화학합성 효율성 높여 미래 신약, 소재 혁신에 기여

로봇·AI 활용한 화학실험 플랫폼을 활용한 광학적 수율 측정. IBS 제공.

인공지능(AI)과 로봇을 활용해 새로운 화학 생성물을 보다 빠르게 탐색하고 보다 정밀하게 만들 수 있는 플랫폼이 개발됐다. 수천 가지 화학 반응 조건을 동시에 실험하며, 그 결과를 정밀한 지도로 그려내 원하는 물질을 선택적으로 생성할 수 있도록 구현됐다.

과학기술정보통신부는 바르토슈 그쥐보브스키 기초과학연구원(IBS) 인공지능 및 로봇 기반 합성 연구단장 연구팀이 빠르고 정밀하게 화학 합성물을 실험·생성하는 ‘AI·로봇 플랫폼’을 개발했다고 25일 밝혔다.

이 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처’에 이날 자정 온라인판으로 실렸다.

화학 반응은 ‘A와 B가 반응해 C를 만든다’처럼 단순한 한줄 방정식으로 설명되는 경우가 많다. 하지만 실제 화학 반응은 같은 재료를 사용하더라도 그 양이나 온도를 조금만 바꾸면 전혀 다른 결과가 나올 수 있으며, 그 과정은 여러 경로의 복잡한 네트워크 형태로 이뤄져 있다.

연구팀은 하루에 약 1000회의 화학 실험을 자동으로 할 수 있는 AI·로봇 플랫폼을 자체 제작·활용해 실험 데이터를 축적･분석함으로써 복잡한 네트워크 형태의 화학 반응 과정을 정밀한 지도로 그려냈다. 화학 반응이 어떤 길을 따라 어떤 결과로 이어지는지 시각화하고 특정 조건에서 나타나는 숨은 화학 반응 경로까지 발견한 것이다.

연구팀은 150년 전에 처음 보고된 이래 항생제, 항암제 등 다양한 의약품 제조에 활용되는 ‘한츠슈 피리딘 합성 반응’을 플랫폼을 통해 정밀하게 지도화하고 전체 반응 네트워크를 재구성했다. 이를 통해 이미 알려진 기존 7종의 생성물 외에 그간 알려지지 않았던 9개의 새로운 중간체 및 생성물을 추가로 밝혀냈다.

또한 이차전지 등에 활용되는 ‘프러시안 블루 유사체’의 756개 금속 조성을 합성해 기존에 보고된 촉매보다 높은 효율성과 정밀도를 갖는 최적의 조합을 찾아내고 지금까지 보고되지 않았던 새로운 생성물 4종을 규명해 냈다.

이번 연구는 그동안 알지 못한 화학반응에 대한 이해의 폭을 한층 넓히고, 화학 합성의 효율성과 정밀성을 높이는 새로운 연구방향을 제시했다는 데 의미가 크다고 연구팀은 설명했다.

아울러, 전통적 화학 실험만으로 AI 학습에 필요한 데이터를 얻지 못했는데, 로봇을 통해 새로운 실험·반응 데이터를 빠르게 축적하고, AI로 연계·활용할 수 있어 새로운 물질 연구를 가속화할 것으로 기대된다.

제1저자인 얀카이 지아는 “로봇과 AI 활용을 고도화해 새로운 화학 물질 발견 속도를 획기적으로 높여 나갈 것”이라며 “새롭게 찾은 분자들을 신소재 연구에 실제로 활용할 계획”라고 밝혔다.

그쥐보브스키 연구단장은 “화학 반응을 직선이 아닌 네트워크 형태로 바라보는 것은 앞으로의 화학 연구에 중요한 전환점이 될 것”이라며 “AI와 로봇 활용을 통해 화학 합성의 효율성과 다양성을 크게 높이고 미래 신약 개발과 소재 혁신에도 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

참여 연구진 모습. IBS 제공.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr