[AI포럼] ‘자율실험실’ 주도… AI·로봇이 24시간 수행

과학적 발견·검증 가속화 주역
출연연 중심 협의체 구축 확대
장비·데이터 등 표준화는 숙제

챗GPT로 그린 자율실험실 이미지.

과학기술 연구 분야에서 피지컬 인공지능(AI)으로 대표되는 자율실험실 구축 확대에 과학 선도국들이 박차를 가하고 있다.

자율실험실이 연구 효율성과 재현성을 향상시켜 새로운 과학적 발견과 검증을 가속화해 AI 기반 과학기술 혁신을 주도하는 핵심 인프라로 주목받고 있기 때문이다.

국내에서는 과학기술 분야 정부출연연구기관을 중심으로 산학연 협의체를 가동해 자율실험실 생태계 구축에 발벗고 나서고 있다. 자율실험실은 실험 장비와 로봇·AI가 하나로 연계돼 연구자 개입 없이 실험을 자동으로 반복 수행하는 차세대 연구 플랫폼으로, 24시간 중단 없는 실험과 방대한 실험조건의 동시 탐색 등이 가능하다.

AI가 생성한 가설을 실험으로 검증하고, 그 결과를 다시 AI가 학습하는 ‘가설-실험-분석-재가설’의 자동 순환 구조(폐루프) 체계를 통해 연구 속도와 질을 근본적으로 향상시킬 수 있다.

이 때문에 전 세계적으로 소재·첨단 바이오·제약 등의 분야에서 자율실험실 구축이 빠르게 확산되고 있으며, 미국과 유럽 등 주요국도 국가 차원에서 투자를 아끼지 않고 있다.

국내에서도 자율실험실은 정부가 AI를 활용해 국가적 임무를 해결하기 위해 추진하고 있는 ‘K-문샷’의 핵심 기반으로 구축되고 있다.

이를 위해 과기정통부는 최근 AI 기반 과학기술 혁신을 가속화하기 위해 ‘자율실험실 산·학·연 협의체’를 공식 출범하고 산학연 역량을 모으고 있다.

국가과학AI연구센터와 한국기초과학지원연구원을 중심으로 자율실험실 기술·플랫폼·표준 정립과 사례 기반 구축 등 분야별 연구·운영체계 마련, 수요기업 실증 및 민간 확산 등을 목표로 추진하고 있다.

특히 대규모 반복 실험과 연구자 수작업에 의존하고 있는 첨단바이오 연구에 적용하기 위한 자율실험실 구축에 많은 투자가 이뤄지고 있다.

과학기술정보통신부는 올해부터 2028년까지 총 495억원을 투입해 액체생검, 미래 감염병, 오가노이드 약물 효능 등 특화 자율실험실 구축에 나섰다.

단순한 실험 자동화를 넘어 AI 기반 가상화 실험실, 실험 자동제어 기술, 데이터 기반 실험 최적화 기술 등을 결합해 바이오 연구의 생산성과 재현성을 획기적으로 높이는 데 기여할 것으로 과기정통부는 기대하고 있다. 국내 과학기술계에선 출연연을 중심으로 자율실험실 구축에 발빠르게 움직이고 있다.

한국화학연구원은 지능형 로봇 및 AI를 활용한 촉매 설계 및 유기합성 자율화 기술을 개발하는 ‘촉매-유기합성 자율실험실’을 구축하고 있다.

로봇팔이 원료 공급·계량·혼합·건조 등 실제 실험작업을 수행하고, 실험 데이터와 AI를 결합해 촉매 탐색을 가속하는 게 목표다. 이를 기반으로 ‘소재 데이터+AI+실험 자동화’가 결합된 통합 플랫폼으로 확장해 나가겠다는 구상이다.

한국에너지기술연구원과 한국생명공학연구원, 한국기초과학지원연구원, 한국기계연구원 등도 연구현장에 자율실험실을 확대하고 있다.

하지만 국내 자율실험실 생태계는 아직 초기 단계에 있고, 극복해야 할 과제도 적지 않다. 각 연구기관마다 장비와 데이터, 운영 표준이 달라 서로 연계되지 못하고, 개별적으로 운영되고 있는 문제는 시급히 해결해야 한다는 게 전문가들의 공통된 지적이다. 또 중소·벤처기업과 대학·연구기관이 고가 장비와 AI 플랫폼을 공동 활용할 수 있는 정부 차원의 공용 인프라 구축도 필요하다.

정유성 자율실험실 산학연 협의체 위원장(서울대 교수)은 “장비 연결, 데이터 표준화, 실험 프로토콜 공유, 실증 등을 통해 자율실험실이 과학연구의 혁신을 가속화하도록 노력해야 한다”고 말했다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr