여러 사용자가 동시에 원격으로 제어할 수 있고, 일정 조정을 통해 실험 시간도 단축하는 '스마트' 재료연구 무인 실험실 시스템이 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST)은 소재 개발 인공지능(AI) 자동화 시스템 '옥토퍼스'(OCTOPUS)를 개발했다고 11일 밝혔다. 신소재 개발은 설계부터 상용화까지 막대한 시간과 인력이 소모된다. 특히 실험실에서 실험을 진행하는 데 시간과 인력이 드는 만큼 이를 대체하는 무인 실험실에 대한 연구가 활발하다. 하지만 기존 무인 실험실은 여전히 사람이 상주해 실험을 관리해야 하고, 여러 사용자가 동시에 실험을 수행할 수 없어 효율이 떨어졌다. 옥토퍼스는 AI와 자동화 기술을 접목해 연구자가 필요한 때 실험을 시작할 수 있으며, 실험 장비들을 자동으로 관리하는 기능도 탑재해 사람의 관리가 필요 없도록 했다. 또 병렬 시험을 시행할 수 있도록 스케줄링 기능을 탑재해 13시간 걸리던 여러 화학 실험을 2시간 내로 완료하는 데도 성공했다. 여기에 전 세계 연구실 간 데이터 연결을 지원해서 한 실험실에서 나온 데이터를 다른 연구실에서도 즉시 활용할 수 있게 했다. 한 센터장은 "옥토퍼스를 활용해 수도권과 지방 간의 협력 체제가 구축된다면 수도권 과밀화를 완화하고 지역 균형 발전에도 기여할 수 있을 뿐 아니라 글로벌 협력 연구에도 기여할 것"이라고 말했다. 연구 결과는 지난달 8일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 실렸다. (연합뉴스, 2024-12-12)
한상수 박사는 KIRD(국가과학기술인력개발원)과 KIST 스마트연구실 관련 인터뷰를 진행하였고, 해당 내용은 KIRD 발간물(R&D HRD Research & Field vol. 6)의 커버스토리(cover story)로 소개 되었다.
On Nov. 28, 2024, Prof. Milad Abolhasani in North Carolina State University visited our autonomous lab and delivered a great lecture entitled "Human-AI-Robot Collaboration to Accelerate Materials and Molecular Discovery with Autonomous Labs".
한국과학기술연구원(KIST)은 극한소재연구센터 김상훈 책임연구원, 물질구조제어연구센터 김종민 선임연구원, 계산과학연구센터 한상수 책임연구원 공동연구팀이 하·폐수를 오염 현장에서 방류할 수 있는 수준까지 처리하는 전기화학 장치를 개발했다고 21일 밝혔다. 기존 하·폐수 처리방식은 발생지에서 관로를 통해 처리장으로 모은 후 대량 처리하는 중앙집중 방식이다. 하지만 농어촌과 같은 곳에서는 이런 방식으로 처리하기 어려워 간이 처리 장치를 두는 경우가 많지만, 단순 소독하거나 탁한 물을 거르는 정도에 그쳐 폐수 속 난분해성 유기물 분해는 제대로 이뤄지지 않아 왔다. 연구팀은 기존 연구들이 산화제인 과산화수소 발생을 위한 전극 소재 개발에 집중하는 것과 달리, 폐수가 계속해 장치 속을 연속 순환하면서 과산화수소를 계속해 발생시키고 잘 섞이게 하는 '유동식 반응기' 방식을 도입했다. 그 결과 촉매 1㎏당 과산화수소 발생량이 1시간에 219㎏에 달해 현장에서 난분해성 유기물을 빠르게 산화시켜 무기물화해 정화했다고 연구팀은 설명했다. 이 장치를 50ppm(100만분의 1) 농도 비스페놀A 폐수에 적용한 결과 총유기탄소량이 2시간 만에 93% 줄어드는 것으로 나타났다. 총유기탄소량은 수중 유기물이 완전 분해돼 무기물화가 된 수준을 나타내는 지표로 하수 처리기준 중 하나다. 연구 결과는 지난달 1일 국제학술지 '응용 촉매 B: 환경 및 에너지'에 실렸다. (연합뉴스, 2024-11-21)
한상수 박사는 지난 2024년도 대한금속재료학회 추계정기총회(평창 알펜시아 컨벤션센터, 2024-10-29)에서 제1회 첨단소재 학술상을 수상하였습니다.
비스페놀은 열에 강하고 기계·화학적 물성이 뛰어나 △영수증 △물병 △생수통 △비닐 등 플라스틱 소재의 주요 원료로 널리 사용되고 있다. 비스페놀류 중 비스페놀A(이하 BPA)는 우리가 흔히 ‘환경호르몬’이라고 부르는 내분비교란물질이자 자연환경에 존재하는 화학물질 중 생물체 내에 흡수돼 호르몬이 관여하는 내분비계에 혼란을 일으키는 물질로 생식, 발달, 지능 뿐 아니라 다양한 대사성 질환에도 악영향을 준다. 한국과학기술연구원(이하 KIST) 물질구조제어연구센터 김종민 박사, 계산과학연구센터 한상수 박사, 극한소재연구센터 김상훈 박사와 고려대학교 전기전자공학부 주병권 교수 공동연구팀은 화학물질을 사용하지 않는 친환경 건식 기반 아크 플라즈마 증착 공정을 통해 고성능 코발트 단원자 촉매를 제작했다고 밝혔다. 연구팀은 이를 전기화학적 과산화수소 합성에 기반한 전기-펜톤 공정(electro-Fenton)에 적용해 수용액 내 비스페놀류 환경호르몬을 짧은 시간 내 제거하는데 성공했다. 연구 성과는 국제 학술지 「Carbon Energy‘에 지난 5일 온라인 게재됐다. (투데이에너지, 2024-07-31)
On July 2, 2024, a director of Lawrence Livermore National Lab (Dr. Kim Budil) visited our autonomous lab.
사람 대신 로봇이 일하는 작업 현장은 이제 그리 놀라운 풍경은 아니죠. 그런데 AI가 지시하고 로봇이 고난도 실험을 지속적으로 하는 '무인 연구실'이 국내에 등장했습니다. 과연 연구 성과는 어떨까요? (YTN, 2024-04-13)
국내 연구진이 미국과의 공동 연구로 전고체전지의 에너지 밀도를 높일 방법을 찾아냈다. 슈퍼컴퓨터를 이용한 설계 검증 방식으로 개발 비용과 기간도 줄일 수 있다. 화재 위험이 없는 전고체전지의 상용화에 기여할 것으로 기대를 모은다. 류승호 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구센터 책임연구원과 한상수 계산과학센터 책임연구원이 이끄는 연구진은 25일 미국 리버모어국립연구소와 공동으로 고전압 안정형 고체 전해질을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. KIST 연구진은 염화물계 고체전해질의 안정성을 높일 수 있는 설계 방식을 제안했다. 설계 방식은 미 로렌스리버모어국립연구소의 슈퍼컴퓨터를 이용해 시뮬레이션으로 검증했다. 그 결과 성공 가능성이 높은 설계 방법을 찾고 실험으로 추가 검증해 염화물계 전고체전지 개발의 시간과 비용을 절약하는 데 성공했다. (조선비즈, 2024-01-25)
한국과학기술연구원(KIST)과 한국과학기술원(KAIST)은 양성자 교환막 수소연료전지(PEMFC)에서 사용되는 백금 촉매를 대체하기 위한 효율적이고 경제적인 촉매 소재 개발에 성공했다. 이를 위해 연구팀은 SGCNN(촉매구조 그래프 합성곱 신경망) 인공지능 모델을 개발하여 촉매 표면에서 흡착 물질이 결합하는 에너지를 정확하게 예측했다. 이 방법론을 통해 약 3,200개의 후보 소재를 단 하루 만에 탐색할 수 있었고, 그 결과로 삼원소계(Cu-Au-Pt) 합금촉매를 개발했다. 이 촉매는 순수 백금촉매 대비 백금 원소를 37%만 사용하면서도 반응전류밀도는 2배 이상 높게 나오는 고성능을 보였다. 또한, 내구성 면에서도 훌륭한 성과를 보였다고 한다. 해당 연구는 한국에너지기술연구원 박영태 박사후 연구원과 한국과학기술연구원 물질구조제어연구센터 황창규 박사과정 학생이 공동 제1저자로 참여하여 국제 학술지 'Applied Catalysis B: Environmental'에 발표되었다.
계산과학연구센터 유혁준 박사과정 학생연구원 이 지난 2023년 7월 5-7일 일산 킨텍스에서 개최된 Nanokorea 2023년도 학술대회에서 우수 구두 발표상을 수상하였습니다. 축하드립니다.
발표 제목: Chemistry Discovery in Nanoparticle Synthesis via Autonomous Laboratory
한국과학기술연구원(KIST)과 한국과학기술원(KAIST)이 공동으로 개발한 인공지능(AI) 기술은 수천 시간이 걸리던 나노입자 백금 촉매 안정성 예측을 단 70초만에 수행할 수 있게 했다. 이 기술은 '표면 푸베이 도표'를 빠르고 정확하게 구성하는 것에 중점을 두었다. 이 도표는 촉매에서의 안정성을 예측하는 데 활용되며, 수소이온 농도(pH)와 전압에 따라 달라지는 물질의 표면 구조를 보여준다. 이러한 도표를 얻기 위해서는 과거에는 수천 시간이 걸렸으나, 이번에 개발된 AI 기술은 단 몇 초만에 가능하며 오차도 크지 않다고 한다. 이 기술은 '결합 임베딩-결정 그래프 합성곱 신경망'(BE-CGCNN) 모델을 이용하여 촉매 표면에서 흡착 물질이 결합하는 에너지를 예측하는 방식으로 작동한다. 이를 통해 5㎚ 크기의 나노입자에 대한 안정성 예측에 기존 대비 50억분의 1 수준인 70초만 소요되었다. 이러한 기술은 백금뿐만 아니라 다양한 금속 및 합금 나노입자의 안정성을 예측하는 데 활용될 수 있으며, 신소재 촉매 개발에도 활용될 수 있다고 한다. 해당 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 발표되었다.
한국과학기술연구원(KIST)의 한상수 박사님과 이승용 박사님께서 AI 스마트연구실에 대해서 설명하는 시간을 가졌습니다.
계산과학연구센터 유혁준 박사과정 학생연구원 이 지난 2023년 4월 26-28일 제주도에서 개최된 대한금속 재료학회 2023년도 춘계학술대회에서 우수 구두 발표상을 수상하였습니다. 축하드립니다.
발표 제목: Chemistry understanding and discovery in bespoke nanoparticle synthesis via autonomous laboratory with early stopping
계산과학연구센터 유혁준 박사과정 학생연구원이 지난 2022년 11월 6-9일 제주도에서 개최된 ENGE 2022 학회에서 우수 포스터 발표상을 수상하였습니다. 축하드립니다.
발표 제목: AI-robotics Based Bespoke Synthesis Planning of Ag Nanoparticle, Automation vs Autonomy
계산과학연구센터 이홍우 박사과정 학생연구원 이 지난 2021년 10월 27-29일 광주에서 개최된 한국화학공학회 2021년도 가을 총회 및 국제학술대회에서 우수 구두 발표상을 수상하였습니다. 축하드립니다.
발표 제목: Three-in-One Strategy to Improve both Catalytic Activity and Selectivity for direct H2O2 synthesis: Nonconcentric Pd-Au Nanoparticles
클라우드 기반 소재 연구 서비스 기업 버추얼랩(대표 이민호)은 KIST(한국과학기술연구원·원장 윤석진)로부터 재료 흡착에너지 예측용 머신러닝 알고리즘 'SGCNN'에 대한 기술이전 계약을 체결했다고 26일 밝혔다.
이번 계약으로 버추얼랩은 SGCNN 프로그램 특허 기술(촉매의 활성도를 예측하는 방법 및 전자장치) 실시권을 이전받는다. 이르면 7월 중 소재 시뮬레이션 플랫폼 '맷스큐(Mat SQ, Materials Square)'에 탑재할 예정이다.
촉매 연구에 있어서 물질 표면 위의 흡착물 거동은 매우 중요하다. 이 때 흡착 에너지는 주로 제일원리계산이라는 방법론으로 계산되어 왔다. 그러나 이 경우 약 24시간 정도의 긴 시간이 소요되는 한계가 있었다.
버추얼랩은 KIST 한상수·김동훈 계산과학연구센터 박사팀이 개발한 머신러닝 알고리즘 기술이전을 맷스큐에 탑재하면 1분 이내에 재료 표면 분자들의 흡착에너지를 계산할 수 있을 것으로 보고 있다. 화학반응성 및 촉매 설계 등에도 활용 가능하다.
KIST 계산과학연구센터 출신으로 버추얼랩을 창업한 이민호 대표는 "기계 학습은 양질의 데이터와 그 특성을 잘 표현할 수 있도록 하는 엔지니어링이 무엇보다 중요하다"며 "앞으로도 많은 연구자들이 간편하게 쓸 수 있는 양질의 오픈 플랫폼 기술 이전을 위해 더욱 힘쓸 것"이라고 말했다.
KIST 계산과학연구센터 이홍우 박사과정 학생이 KIST-고려대 학연과정 우수 장학생에 선정되었습니다. 많은 축하 드립니다.
한국과학기술연구원(KIST)은 팔라듐(Pd) 촉매를 이용하여 과산화수소를 생산하는 기술을 개발했으나, 과산화수소(H2O2)보다 물(H2O)이 더 많이 생성되는 문제가 있었습니다. 이에 KIST-고려대학교 공동연구팀은 백금-금 합금 촉매를 개발하여 이 문제를 해결했습니다.
이 촉매를 사용하면 95%까지 과산화수소 선택성을 높일 수 있으며, 물은 소량만 생산됩니다. 촉매는 상온과 상압에서도 효과적으로 작동하며, 구조적 안정성을 유지합니다. 또한, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 백금-금 합금계 나노입자의 결정 구조와 함량에 따른 과산화수소 생산 능력의 변화를 예측하는 메커니즘을 제시했습니다.
이 기술은 친환경 과산화수소 생산 기술로 상용화를 대폭 앞당기는 데 기여하며, 촉매 소재 개발에 시간과 비용을 절약할 수 있는 점이 의의가 있습니다. 해당 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받았으며, 결과는 'Acta Materialia' 최신 호에 게재되었습니다.
The 5th International Conference on Molecular Simulation (ICMS 2019) (Conference chair: Dr. Sang Soo Han) was successfully held in Jeju island, Korea, from Nov. 3rd to 6th, 2019. In this conference, 440 participants from 22 countries were attended and there were 321 presentations.
한국과학기술연구원(KIST)의 한상수 박사팀은 수소저장장치의 핵심인 수소 방출 온도를 낮추는 화학반응 원리를 밝혀냈다. 이 장치는 친환경 에너지인 수소에너지를 이용하기 위해 필수적이며, 장치 소재로 암모니아보레인(NH₃BH₃)이 뛰어나지만 작동온도가 200℃로 높은 단점이 있었다.
이번 연구에서 연구진은 Fe(철)나 Mn(망간)과 같은 금속 원자가 암모니아보레인과 화학반응을 통해 수소 방출 반응을 용이하게 만든다는 것을 밝혀냈다. 이는 기존에는 탄소가 포함된 소재만이 이 반응을 하고 있다고 알려졌지만, 탄소가 없는 암모니아보레인과 같은 물질도 유사한 반응을 할 수 있음을 입증했다. 이번 연구는 화학반응 영역을 확장하며, 수소저장 물질의 촉매 반응 메커니즘을 규명해 더 우수한 성능을 갖는 소재 개발의 기반을 제시했다.
해당 연구는 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 발표되었다.