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지난 26일 경남 창원 한국재료연구원 내 오토노머스 랩. 여느 실험실과 달리 제조 공장에서나 봄직한 각종 첨단 장비가 줄지어 설치돼 있었다. 오토노머스 랩은 말 그대로 ‘자율 실험실’로, 모든 소재 실험 과정이 인공지능(AI)으로 이뤄진다. 자율 실험실은 크게 자동 압연기, 레이저 시편 가공기, 다목적 자동 시험기 등으로 구성됐다.
재료연 연구진이 오토노머스 랩에서 자동으로 제작된 합금 시편을 보여주고 있다.
오세혁 재료연 선임연구원은 우리은행 자유적금 “소재 개발은 합금 조성과 제조 공정 조건에 따라 서로 다른 물성을 가질 뿐 아니라, 설계부터 시험·분석까지 상당한 시간과 비용이 소요된다”며 “오토노머스 랩은 AI, 로봇, 실험장비가 하나로 움직여 사람 관여 없이 365일, 24시간 반복 실험을 통해 수요자가 원하는 최적의 소재를 찾아주고, 최적의 실험 조건을 제시한다”고 설명했다. 오토노머스 랩은 연 씨티은행 마이너스통장 구자가 시행착오를 통해 실험 조건을 정했다면, AI가 수천가지 조합 중 가능성이 높은 조건을 자동으로 추천하는 AI 기반 실험설계와 로봇팔이 시편 제작부터 측정까지 모든 실험 과정을 정밀하게 수행하는 로봇 핸들링 시스템이 적용됐다. 사람 개인을 최소화해 실험 과정에서 발생할 수 있는 오차를 줄여 실험의 반복성과 데이터 신뢰성을 높일 수 있다. AI가 실험 공급 결과를 즉시 분석하고, 다음 단계 실험에 반영하는 방식으로 실험과 분석이 끊임없이 반복되는 구조를 통해 실험 정확도와 속도를 높일 수 있다. 가령, AI가 제시한 신소재 조성 조건에 맞춰 소재를 투입하면 용해 과정을 거쳐 합금재가 만들어진다. 이 합금재는 시스템의 로봇팔에 의해 두께를 얇게 펴는 압연 공정으로 옮겨져 자동 압연기가 AI가 제시한 조건에 따라 달돈 가열·압연을 수행한다. 압연은 냉간과 열간 모두 가능하다. 압연 과정을 마친 합금은 레이저 시편 가공기로 옮겨져 적외선 레이저를 이용해 시험에 필요한 형태로 시편으로 만들어지고, 물성 시험을 위한 플레이트로 자동으로 옮겨진다. 특히 로봇은 실험에 사용된 재료를 원통형 형태의 고온 가열장비(튜브 퍼니스)에 옮겨 열처리를 진행하고, 완성된 시편을 물질 내부의 주택마련 원자 배열을 분석하는 장비(X선 회절기)로 운반해 정밀 분석까지 수행한다.
오토노머스 랩의 로봇팔이 시편을 옮기고 있다.
옮겨진 시편은 다목적 자동 시험기에서 X선 회절기인장, 압축, 충격, 경도 등 종합적인 합금 물성 시험을 거쳐 최종 소재로 완성된다. 이 모든 과정을 연구자는 실험실 장비를 직접 만지지 않고 컴퓨터 앞에서 간단한 명령만을 입력해 자동화으로 수행할 수 있다. 모든 장비는 자동화 시스템으로 연결돼 있고, AI가 실험 데이터를 지속적으로 추적하며 새로운 실험 조건을 제시한다. 이호원 재료데이터·분석연구본부장은 “전통적으로 신소재를 개발하려면 수많은 시행착오와 반복실험이 필요하다”며 “고온에서 강도를 유지하는 금속 합금 하나를 개발하는 데 수 개월, 길게는 수 년이 걸리는데, 오토노머스 랩을 활용하면 몇 주 안에 실험을 끝낼 수 있어 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있다”고 말했다. 오토노머스 랩은 빠른 실험 수행에 그치지 않고 실험 데이터를 끊임없이 축적하고 분석해 AI가 스스로 학습하며 고도화를 통해 정교한 실험 설계까지 제공한다. 재료연은 지난 2022년부터 3년에 걸쳐 오토노머스 랩을 구축했고, 완전한 전자동화 시스템으로 고도화하기 위해 소재 운반을 위한 로봇 레일을 구축할 예정이다. 또한 디지털 트윈 실험실 구축과 멀티모달 AI 모델 연동, 대규모 소재 데이터 공개 등으로 발전시켜 나갈 계획이다. 최철진 재료연 원장은 “오토노머스 랩은 국내에서 보기 드문 전주기 자동화 연구 환경을 갖춰 국가 소재 기술 주도권을 확보할 수 있는 핵심 플랫폼”이라며 “반도체, 이차전지, 수소에너지 등 첨단산업과 국방, 우주, 친환경 소재 개발 등 고난도 기술 분야에 광범위하게 활용할 수 있을 것”이라고 기대했다. 창원(경남)/글·사진=이준기 기자 bongchu@dt.co.kr 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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