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KIER, 365일 촉매 평가 가능…무인 자동화 실험실 구축 운영

기사내용 요약
박지찬 박사 연구진, 로봇과 진동 교반기 등 연동해 실시간 분석
월 30~50명 수준 전문 인력 대체… 소재 개발, 높은 연구 달성 기대
[뉴시스=대전]실제 실험실 내 구축 된 로봇. 2022. 12.01.(사진=한국에너지기술연구원) *재판매 및 DB 금지
[뉴시스=대전]실제 실험실 내 구축 된 로봇. 2022. 12.01.(사진=한국에너지기술연구원) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스]김양수 송승화 기자 = 한국에너지기술연구원(KIER) 청정연료연구실 박지찬 박사 연구진이 로봇을 활용한 촉매 성능 평가 자동화 실험실을 국내 최초로 구축함으로써 무인 실험실 시대를 열었다.

1일 KIER에 따르면 지금까지는 연구실 내 수많은 장비와 시약들을 일일이 사람의 손으로 조작, 측정해 왔지만, 로봇기술을 활용, 완전 자동화로 365일 실험실이 가동된다.

현재 IT 기술의 빠른 발전에도 최첨단 연구를 수행하는 화학 분야 실험실은 오히려 정체되어 있다. 수많은 단순 반복 실험에도 고숙련 전문 인력이 필요한 상황으로 이 때문에 고숙련 인력은 단순 반복 실험에 시간을 뺏겨 창의적인 연구는 뒷전이다.

이런 상황에서 연구진은 숙달된 연구원이 하루 3회 정도만 수행할 수 있었던 촉매 사전 평가 실험에 로봇을 활용, 시간당 6회까지 안정적으로 수행할 수 있는 완전 자동화 촉매 성능 평가 시스템을 개발했다. 이는 월평균 30~50명 수준의 전문 인력을 대체할 수 있어 소재 개발 가속화 및 높은 연구성과 달성이 기대된다.

또한 화학산업의 촉매는 자동차 배기가스 저감이나 연료전지, 의약산업 등 다양한 산업에 폭넓게 이용되고 있지만, 국내 관련 원천기술 부족으로 수입에 의존하고 있다. 현재 국내에서 촉매를 국산화하기 위해 많은 시간과 에너지, 인력을 투입하지만 복잡하고 재현성이 낮고 통일된 시스템이 없어 유연성이 떨어진다.

[뉴시스=대전]한국에너지기술연구원 연구팀이 실시간으로 작동, 원격 모니터링을 하고 있다. 2022.12.01.(사진=한국에너지기술연구원) *재판매 및 DB 금지
[뉴시스=대전]한국에너지기술연구원 연구팀이 실시간으로 작동, 원격 모니터링을 하고 있다. 2022.12.01.(사진=한국에너지기술연구원) *재판매 및 DB 금지

연구진은 빠르고 편리하면서 신뢰성 높은 촉매 성능 평가 과정을 위해 국내 협동 로봇 제조회사인 레인보우로보틱스의 로봇과 진동 교반기, 마이크로 피펫 등을 UV/Vis 분광기와 연동시켰다. 여기에 자체 개발한 자동화 프로그램을 접목해 촉매 반응 진행 정도를 실시간으로 정확히 분석할 수 있도록 설계했다.

로봇기반 촉매 자동화 평가시스템은 나이트로페놀 촉매 환원 반응을 활용, 같은 금속과 함량을 갖는 촉매들에 대해서 각각의 활성도와 속도상수 등을 빠르고 정밀하게 반복 측정, 촉매 간 상대적 성능 수준을 파악할 수 있는 특징이 있다. 또한 하루 100회 이상 촉매 성능 평가 결과를 확보할 수 있어 촉매 기술 개발의 속도를 높일 수 있다.


향후 자동화 평가 시스템을 통해 전문 인력 투입 없이 빠르고 신뢰성 있게 촉매 사전평가 데이터를 확인할 수 있게 됐다. 아울러 이 시스템은 촉매 소재 개발과 나노 소재의 물성 평가에도 활용 가능, 장기적으로는 축적된 정보를 기반으로 촉매와 나노 소재 관련 빅데이터 구축에도 기여할 것으로 기대된다.

박지찬 연구책임 박사는 “숙달된 연구자들만이 원활히 수행 가능했던 반복적 촉매 평가 실험을 무인 자동화 로봇을 통해 빠르고 신뢰도 있게 진행하도록 대체한 점에서 큰 성과가 있었다”며 “향후 나노 촉매 다품종 소량 생산 스마트 실험실 구현과 인공지능 알고리즘이 접목된 자율 수행 실험실 그리고 이를 토대로 국가적 촉매 공유 플랫폼 센터를 완성해 보고자 한다”며 계획을 밝혔다.

☞공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com, ssong1007@newsis.com <저작권자ⓒ 공감언론 뉴시스통신사. 무단전재-재배포 금지.>