지금까지는 연구실 내 수많은 장비와 시약을 사람 손으로 조작해 측정 실험을 진행해야 했다. 그런데 이제 로봇기술을 활용, 완전 자동화돼 365일 가동되는 실험실이 눈앞에 다가왔다.
한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 청정연료연구실 박지찬 박사팀이 로봇을 활용한 촉매 성능 평가 자동화 실험실을 국내 최초로 구축함으로써 무인 실험실 시대를 열었다고 1일 밝혔다.
연구진은 기존 숙달된 연구원이 하루 3회 정도만 수행할 수 있었던 촉매 사전 평가 실험을 로봇을 활용해 무인으로 시간당 6회까지 안정적으로 수행할 수 있는 완전 자동화 촉매 성능 평가 시스템을 개발했다. 월평균 30~50명 수준 전문 인력을 대체할 수 있는 놀라운 생산성으로 소재 개발 가속화 및 높은 연구성과 달성이 기대된다.
연구진은 보다 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 활용해 동일한 금속과 함량을 갖는 촉매들에 대해서 각각의 활성도와 속도상수 등을 빠르고 정밀하게 반복 측정함으로써 촉매 간 상대적 성능 수준을 정확하게 파악할 수 있는 특징이 있다. 또 하루 100회 이상 촉매 성능 평가 결과를 확보할 수 있어 촉매 기술 개발의 속도를 높일 수 있다.
연구진이 개발하고 특허로 출원한 로봇 기반 촉매 성능 자동화 평가 시스템을 통해 앞으로는 전문 인력의 투입 없이도 보다 빠르고 신뢰성 있게 촉매 사전평가 데이터를 확인할 수 있게 됐다. 이 시스템은 촉매 소재 개발과 나노 소재의 물성 평가에도 활용이 가능하며, 장기적으로는 축적된 정보를 기반으로 촉매와 나노 소재 관련 빅데이터 구축에도 기여할 것으로 기대를 모은다.
박지찬 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 실험실을 구현하고 더 나아가 인공지능 알고리즘이 접목된 자율 수행 실험실 그리고 이를 토대로 국가적 촉매 공유 플랫폼 센터를 완성해 보고자 한다”며 향후 계획을 밝혔다.
이번 연구는 한국에너지기술연구원의 기본사업의 지원을 받아 수행됐으며, 이를 배경으로 수행한 다학제 융합 클러스터 과제(과제명: 로봇 활용 자율 수행 기반 첨단 나노 소재 플랫폼 기술 도출을 위한 융합클러스터)가 2022년 국가과학기술연구회 우수 융합클러스터로 선정되기도 했다. 연구진은 이 기술이 2024년 이후 나노 촉매 및 소재 정보학 구축을 위한 핵심 플랫폼 기술로도 활용될 것으로 기대하고 있다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
