[랩큐멘터리] 인공신경망으로 미지의 유체흐름 예측한다

포스텍 유동물리 및 공학 연구실

연구실의 목표는 인공지능(AI)을 이용해 앞으로 발생하게 될 미지의 유체 흐름을 알아내는 것이다.

액체나 기체처럼 흐를 수 있는 물질을 뜻하는 유체는 우리 주위 어디에서나 볼 수 있다. 매 순간 부는 바람부터 자동차 주변의 공기 흐름이나 배가 갈 때의 물의 흐름부터 몸속 혈액에 이르기까지 다양하다. 그만큼 자동차와 비행기, 풍력발전부터 제조나 기상, 바이오 분야에 이르기까지 유체는 수많은 분야에서 중요한 역할을 한다.

유동현 포스텍 기계공학과 교수가 이끄는 유동물리 및 공학 연구실은 유체의 물리적 특성을 전산 시뮬레이션과 실험을 통해 분석하고 이를 활용해 공학 문제를 해결하는 연구를 수행한다. 공기에 의해 힘을 받는 비행기가 어떻게 하면 잘 뜨게 할지나 몸 속 피가 어떻게 하면 조금 더 잘 흐를 수 있을지를 연구하는 것 모두 유체의 특성을 연구하는 유체역학과 연관돼 있다.

유동현 포스텍 기계공학과 교수

연구실은 혈액 속 적혈구의 움직임을 예측하는 연구와 발전기와 추진체에 들어가는 터빈 연구 등을 수행해왔다. 최근에는 풍력발전기가 바람 방향이나 풍속에 맞춰 블레이드의 각도나 바람을 마주보는 각도를 조절하는 연구도 진행중이다. 이를 위해 컴퓨터 팬 100개를 활용해 원하는 형태의 바람을 자유자재로 만드는 프로그래머블 풍동을 개발했다. 유 교수는 “국내 유일한 설비고 전세계적으로 이런 규모도 2대 정도만 있는 것으로 안다”고 말했다.

최근에는 인공신경망 기술을 전산해석과 실험에 결합하는 연구도 진행중이다. 인공지능(AI)을 이용해 앞으로 발생하게 될 미지의 유체 흐름을 알아내는 것이 목표다. 유 교수는 “드론이 돌풍이나 기상 악화 상황에서 활용성이 떨어지는데 유체 공기의 흐름을 미리 예측할 수 있다면 산업적으로 이용할 부분이 많아질 것”이라고 말했다. 연구실은 AI 기술을 활용해 태풍의 과거 데이터를 학습해 새로 발생하는 태풍의 경로와 세기를 예측하는 연구를 진행하기도 했다.

연구실은 컴퓨터 팬 100개를 활용해 원하는 형태의 바람을 자유자재로 만드는 프로그래머블 풍동 뿐만 아니라 최근 인공신경망 기술을 전산해석과 실험에 결합하는 연구도 진행중이다.

유 교수는 유체역학을 좋아하는 이유로 유체역학이 하나의 지배방정식에 의해 움직인다는 것을 꼽는다. 유 교수는 “유체역학은 정립이 가장 잘 된 학문이면서도 수학 7대 난제인 지배방정식을 풀 수 없어 전산해석이나 실험을 이용해 왔다”며 “비선형 문제 파악에 장점이 있는 인공신경망을 이용하면 난제 해결에 어느 정도 기여할 수 있을 거라 믿는다”고 말했다.

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[조승한 기자 shinjsh@donga.com]