AI 로봇 화학 연구, 150년 반응 숨겨진 분자로 미래 신소재 연다

AI 로봇 화학 연구, 왜 중요한가?

기초과학연구원(IBS) 연구진이 공개한 AI 로봇 화학 연구는 단순한 과학 성과를 넘어 화학 연구의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 인공지능과 로봇을 결합해 화학 실험을 자동화하고, 수천 개의 반응 조건을 동시에 탐색하며, 새로운 분자와 반응 경로를 밝혀낸 것입니다.

이는 신약 개발, 친환경 화학, 첨단 소재 연구까지 파급효과를 가질 수 있어 “왜 중요한가”라는 질문에 명확한 답을 줍니다.

연구 배경과 접근 방식

기존 화학 실험은 연구자가 직접 조건을 바꿔가며 긴 시간을 들여야 했습니다. 그러나 이번 AI 로봇 화학 연구에서는 로봇이 하루 1,000회 이상의 실험을 자동으로 수행하고, 인공지능이 데이터를 학습하여 화학 반응의 ‘지도’를 만들어 냅니다.

UV-Vis 분광법과 HPLC 분석을 결합한 이 플랫폼은 기존보다 수십 배 저렴하면서도 정확한 실험 결과를 제공합니다. 이를 통해 화학 반응을 ‘한 줄 방정식’이 아닌 ‘네트워크’로 이해하는 새로운 접근이 가능해졌습니다.

아래 이미지는 로봇 실험 장치와 반응 조건을 지도처럼 시각화한 모습입니다. 연구진은 단순히 결과를 얻는 데서 그치지 않고, 어떤 조건에서 예상치 못한 반응이 일어나는지도 찾아냈습니다.

(a) 자동화된 반응 플랫폼의 설비 모습입니다.

(b, c, d) 로봇은 두 가지 출발 물질(A와 B)을 조합하여 생성물 C를 만드는 반응 공간을 탐색합니다.

이 과정에서는 반응물의 농도와 온도에 따라 결과가 달라지며, 시스템은 자외선-가시광선(UV-Vis) 분광법을 활용해 서로 다른 농도의 정제된 생성물 스펙트럼을 기록합니다.

이처럼 얻어진 기준 패턴은 복잡한 반응 혼합물의 스펙트럼을 해석하는 데 활용되며, 이를 통해 로봇은 수천 가지 조건에서 생성물의 수율을 정밀하게 예측할 수 있게 됩니다.

연구 결과의 핵심

대표적으로, 150년 전 알려진 한츠슈 합성 반응을 재구성하여 기존의 7종 생성물 외에 9종의 새로운 중간체와 생성물을 발견했습니다.

또, 이차전지와 촉매 연구에 중요한 프러시안 블루 유사체의 금속 조합 756가지를 탐색해 기존보다 효율이 높은 새로운 조합 4가지를 규명했습니다.

이는 “이미 다 밝혀졌다”고 여겨졌던 고전적 반응에도 여전히 미지의 길이 존재한다는 사실을 보여줍니다.

아래 그림은 한츠슈 반응 네트워크를 로봇과 AI가 재구성한 모습입니다. 기존에는 보지 못했던 반응 경로와 새로운 생성물이 지도처럼 드러납니다.

한츠슈(Hantzsch) 반응에서 재구성된 반응 네트워크를 보여드립니다.

80도(°C) 조건에서 한츠슈 반응의 세 가지 주요 생성물에 대한 수율(위)과 농도(아래) 분포 지도를 함께 확인하실 수 있습니다.

연구진과 논문 정보

이 연구는 IBS 인공지능 및 로봇 기반 합성 연구단 바르토슈 그쥐보브스키 단장과 얀카이 지아, 라파우 프리드리흐 연구원이 중심이 되어 수행되었습니다.

결과는 세계적 학술지 Nature에 2025년 9월 게재되었습니다.

논문 제목은 “Robot-assisted mapping of chemical reaction hyperspaces and networks”로, 화학 반응 공간을 로봇과 AI가 공동으로 탐구한 성과를 담고 있습니다.

 

네이처 게재 논문 확인

 

AI 로봇 화학자를 둘러싼 5가지 핵심 질문

• IBS 연구진이 개발한 ‘AI·로봇 화학 실험 플랫폼’이란 무엇인가요?
  화학 반응은 조건에 따라 예측 불가한 결과가 나옵니다. AI 로봇 화학 연구 플랫폼은 로봇이 하루 1,000회 이상 실험을 수행하고, AI가 데이터를 분석해 정밀한 화학 지도를 만듭니다. 이 과정을 통해 숨겨진 반응 경로까지 발견할 수 있습니다.
• 기존의 화학 로봇과 근본적인 차이점은 무엇인가요?
  과거의 로봇은 사람이 이미 했던 실험 절차를 반복하는 데 그쳤습니다. 그러나 IBS 플랫폼은 AI와 결합해 스스로 새로운 절차를 발명하고, 알려지지 않은 분자를 발견합니다. AI 로봇 화학 연구는 단순한 효율성 향상이 아닌 창의적 발견의 길을 열었습니다.
• 이 연구에서 인공지능(AI)은 구체적으로 어떤 역할을 수행했나요?
  AI는 로봇이 생성한 실험 데이터를 실시간으로 분석해 각 조건의 생성물과 수율을 정밀하게 계산합니다. UV-Vis 스펙트럼을 분해하고, 전체 반응 공간을 시각화해 연구진이 새로운 반응 경로를 이해할 수 있도록 지원합니다. AI 로봇 화학 연구의 두뇌 역할을 담당합니다.
• 이 플랫폼을 통해 얻은 실질적인 연구 성과는 무엇인가요?
  연구진은 150년 전의 한츠슈 반응을 재해석해 기존 7종 외에 9종의 새로운 분자를 발견했습니다. 또한 프러시안 블루 유사체 756가지 조합을 분석해 새로운 생성물 4종과 고효율 조합을 찾아냈습니다. 이는 AI 로봇 화학 연구가 과학 지식 확장에 기여했음을 보여줍니다.
• 이 기술의 향후 활용 계획과 기대 효과는 무엇인가요?
  연구진은 화학 발견 속도를 100배 이상 높이는 것을 목표로 하고 있습니다. 신약 개발과 신소재 연구에 새로운 분자를 적용할 예정이며, 데이터와 알고리즘을 오픈소스로 공개해 전 세계 연구자와 공유합니다. AI 로봇 화학 연구는 학문과 산업 모두를 변화시킬 핵심 기술입니다.

AI 로봇 화학 연구가 주는 의미

이 연구는 단순한 학술적 성과를 넘어 “내게 어떤 영향을 주는가”라는 질문에도 답합니다. 더 빠른 신약 개발은 우리의 건강과 직접 연결되고, 효율적 촉매와 친환경 화학은 에너지와 환경 문제 해결에 기여합니다.

작은 연구실조차 이 기술을 활용할 수 있어, 연구 민주화에도 의미가 큽니다. 블로그 독자라면 “AI와 로봇이 미래 화학을 어떻게 바꿀까?”라는 호기심을 해소할 수 있으며, 동시에 과학과 산업의 접점에서 자신의 생활과 사회가 어떻게 변화할지를 상상할 수 있습니다.

맺음말: 우리는 무엇을 해야 하는가?

AI 로봇 화학 연구는 과학자들만의 이야기가 아닙니다. 앞으로 제약, 환경, 소재 산업에 직접 연결될 주제이자, 우리의 삶의 질을 바꾸는 문제입니다.

독자는 이 연구를 통해 “왜 중요한가”, “어떤 영향을 주는가”, “무엇을 해야 하는가”라는 질문에 답을 얻을 수 있습니다. 과학을 단순히 멀리서 바라보는 것이 아니라, 적극적으로 지켜보고 이해해야 하는 이유가 바로 여기에 있습니다.