홍승범 교수 연구팀, 시뮬레이션 기반 신소재 데이터 고속 분석 인공지능 개발
기존의 수작업 훈련 데이터 준비 시간 크게 단축, 고속 분석 가능성 열어

[보안뉴스 이상우 기자] KAIST(총장 이광형) 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 시뮬레이션 기반 신소재 데이터 분석용 인공지능을 개발했다. 최근 컴퓨팅 파워가 기하급수적으로 증가함에 따라 인공지능을 활용한 다양한 응용이 실생활에 쓰이고 있으며, 신소재 데이터를 고속으로 분석하고 소재를 역설계하는 기술 연구 역시 인공지능을 통해 가속화되고 있다.

자율주행 자동차, 데이터베이스 기반의 마케팅 및 물류 시스템 보조 등의 분야에 인공지능 활용이 늘어나고 있다. 특히, 신소재 개발에 장시간이 소요되는 점을 고려할 때, 소재 및 공정 개발에 인공지능을 활용해 다양한 구조 및 물성 데이터 사이의 상관관계를 빠르게 분석하는 등 신소재 개발 소요 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 인공지능 방법론이 주목받고 있다.

그러나 신소재 데이터의 경우, 대량의 유의미한 실험 데이터를 구하기 어렵고 기업들이 중요한 데이터는 대외비로 취급하고 있어 인공지능을 소재 데이터 영역에 적용하는 것이 상당히 어렵다. 이런 데이터의 다양성, 크기 및 접근성 문제가 해결돼야 하며, 이를 보완하기 위해 생성 모델 및 적절한 데이터의 합성에 관한 연구가 진행되고 있다. 인공지능의 성능 향상을 위해 생성되는 데이터 또한 실제 소재가 가지는 물리적 제약을 따라야 하며, 소재 데이터의 재료적 특징을 파악할 수 있는 기술이 필요하다.

홍승범 교수 연구팀이 이번에 개발한 인공지능 훈련 방법론은 훈련을 위해 생성되는 데이터가 물리적 제약을 공유하도록 위상 필드 시뮬레이션을 활용해 기초 데이터를 형성하고, 소재 데이터가 가지고 있는 실제 측정 과정에서 발생하는 다양한 잡음, 입자 분포 정보 및 경계 등을 모사해 크기가 작은 소재 데이터의 한계를 해결했다. 기존에 수작업으로 작성한 소재 데이터를 활용한 인공지능과 상 분리 성능을 비교했으며, 생성된 데이터의 모사 요소가 상 분리에 영향을 미치는 영향을 파악했다.

아울러 이번 연구에서 제시하는 소재 데이터 생성을 활용한 인공지능 훈련 방법은 기존의 수작업으로 훈련 데이터를 준비하는 시간을 크게 단축할 수 있으며, 인공지능의 전이 학습 및 다양한 물리적 제약을 바탕으로 하는 위상 필드 시뮬레이션 활용을 바탕으로 다양한 소재 데이터에 빠르게 적용할 수 있는 장점이 있다.

홍승범 교수는 “인공지능은 분야를 막론하고 다양한 영역에서 활용되고 있으며, 소재 분야 역시 인공지능의 도움을 바탕으로 신소재 개발을 더욱 빠르게 완료할 수 있는 세상을 맞이할 것”이라며, “이번 연구 내용을 신소재 개발에 바로 적용하기에는 데이터 합성 측면에서의 여전히 보강이 필요하지만, 소재 데이터 활용에 큰 문제가 됐던 훈련 데이터를 준비하는 긴 시간을 단축해 소재 데이터의 고속 분석 가능성을 연 것에 연구의 의의가 있다”고 말했다.
[이상우 기자(boan@boannews.com)]

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