"사람 대신 로봇으로" 에너지연, 촉매 실험 완전 자동화 구현

촉매 성능을 로봇이 사람을 대신해 평가하는 기술이 개발됐다. 로봇을 통한 평가는 완전 자동화로 구현돼 작업 속도는 사람이 진행할 때보다 45배 빨라진다. 정밀도도 높아져 촉매 개발 기간을 단축하는 데 효과적일 것이라는 기대다.

한국에너지기술연구원(에너지연)은 청정연료연구실 박지찬 박사 연구팀이 촉매 성능 평가실험을 완전 자동화한 시스템을 개발했다고 15일 밝혔다.

자동화된 로봇 실험과 실시간 분석으로 촉매 성능을 빠르고 정밀하게 비교·선별할 촉매 스크리닝 플랫폼이 개발됐다. (왼쪽부터) 오경희 박사후연구원, 박지찬 책임연구원, 강신욱 책임연구원, 임강훈 책임연구원. 한국에너지기술연구원

새로운 촉매를 개발하기 위해선 촉매의 조성과 반응조건 등을 수시로 바꾸는 대규모 반복 실험이 필요하다. 이 때문에 수작업 중심의 실험은 시간이 많이 소요되고 실험자가 바뀌었을 때 같은 표본을 사용하더라도 결과가 달라지는 문제가 빈번하게 발생했다.

이 같은 문제를 해결하기 위해 연구팀은 2대의 로봇을 활용한 자동화 시스템을 개발했다. 촉매 성능평가 실험과정을 2단계로 분리해 각 로봇이 유기적으로 수행할 수 있게 설계함으로써 사람의 개입 없이도 모든 실험 과정이 진행될 수 있게 한 것이다.

첫 로봇은 측정 시간, 순서, 시료 ID 등 사전 정의된 실험 시나리오를 반영해 분석에 필요한 시료를 자동으로 식별하고 용기를 장착한 후 스펙트럼 측정을 수행한다. 이 과정은 그간 사람이 수행하던 시료 선택과 용기 장착, 정렬, 측정 시작, 기록 과정을 자동으로 진행해 실험자 교대에 따른 측정 지연과 작업 편차를 모두 줄인다.

두 번째 로봇은 대량의 연속 실험이 중단되지 않도록 시료의 배치, 회수, 폐기 등 취급과 소모품 교체를 표준화된 절차로 수행하는 역할을 맡는다. 사람이 상주하며 반복적으로 진행하던 유지 작업을 대신함으로써 장시간 실험에서도 안정적인 운전과 데이터 연속성을 확보할 수 있다.

연구팀은 로봇 2대가 동시에 작동해 단계별로 작업을 끊임없이 진행할 수 있도록 최적의 통합 제어 로직을 적용했다. 개발된 시스템을 활용했을 때 사람 기준으로 32일 소요되던 촉매 성능평가 실험은 17시간 만에 수행을 마쳐 45배 빠른 처리 속도를 보였다.

또 실험 결과의 변동성이 수작업보다 32% 감소해 데이터 신뢰도도 높아졌다. 이를 통해 대량 연속 실험 환경에서도 안정적인 운전과 정밀한 데이터 확보가 가능하다는 것이 입증됐다고 연구팀은 강조했다.

박지찬 책임연구원은 "연구팀은 촉매 성능평가의 완전 자동화를 통해 대량 실험 환경에서도 높은 신뢰도의 데이터를 확보할 수 있다는 것을 입증했다"며 "앞으로 다양한 촉매 반응과 소재 연구를 통해 적용 범위를 확대하고 이론과 실험의 연계를 강화해 AI 기반 촉매 개발을 발전시키겠다"고 말했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr