AI가 설계하고 로봇이 실험한다…신소재 개발 패러다임 전환 본격화

- 반도체·이차전지·우주항공 겨냥 ‘지능형 소재 연구 생태계’ 구축

소재 통합 물성 인공지능 모델 추진(안). (자료제공: 과기정통부)

인공지능(AI)이 소재를 설계하고 연구 로봇이 실험을 수행하는 자율형 연구 환경이 본격 구축된다. 정부가 소재 연구개발(R&D)을 데이터·AI 중심으로 전환하는 전략을 내놓으면서 세라믹을 포함한 첨단소재 산업 전반에 구조적 변화가 예고되고 있다.

과학기술정보통신부(부총리 겸 과기정통부 장관 배경훈, 이하 ‘과기정통부’)는 4월 30일 제8회 과학기술 관계 장관회의에서 「인공지능 소재 연구개발 이음터 구축 전략(2026~2030)」을 발표하고, AI 기반 소재 혁신 생태계 조성에 착수한다고 밝혔다.

소재 인공지능 연구동료 개념도. (자료제공: 과기정통부)

개발기간 10~20년 한계…AI로 ‘시간·비용 동시 절감’

기존 소재 연구는 연구자의 경험과 반복 실험에 의존하는 구조로, 신소재 개발에서 상용화까지 10~20년이 소요되는 등 시간과 비용 부담이 컸다. 또한 연구 성과의 예측 가능성이 낮다는 점도 구조적 한계로 지적돼 왔다.

이에 정부는 데이터–AI–자율실험이 유기적으로 연결된 ‘지능형 소재 연구 생태계’ 구축을 핵심 전략으로 제시했다. AI가 소재를 설계하고 로봇이 24시간 실험과 검증을 수행하는 자율 실험 기반을 통해 고품질 표준 데이터를 축적하고, 연구 속도 향상과 비용 절감을 동시에 달성한다는 구상이다.

소재-부분품-시스템 통합 자율 실험 폐루프(Closed-loop) 개념도. (자료제공: 과기정통부)

다중 물성 AI 모델 개발…세라믹 적용 기대

전략의 핵심은 ‘소재 AI 모델’ 고도화다. 정부는 기계·전기·화학·열·광학 등 6대 물성을 각각 예측하는 AI 모델과 함께, 이들 물성 간 상관관계를 동시에 분석하는 ‘다중 물성 AI 모델’ 개발을 추진한다.

이는 다물성 특성이 중요한 세라믹 소재 분야에서 특히 효과가 클 것으로 전망된다. 열적 안정성, 전기적 특성, 기계적 강도가 복합적으로 작용하는 세라믹의 특성상, AI 기반 통합 설계 기술은 고성능 소재 개발 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 수단이 될 것으로 기대된다.

자율 실험센터 구축…세라믹 포함 4대 전략 분야 집중

AI 설계 결과를 검증하는 핵심 인프라인 ‘자율 실험센터’도 구축된다.

이 센터는 설계–합성–분석–평가 전 과정을 AI와 로봇이 수행하는 자동화 실험 환경으로, 연구자의 개입을 최소화하면서 표준화된 고품질 데이터를 안정적으로 생산하는 것이 특징이다.

자율 실험센터는 이차전지, 수소·에너지, 우주항공·모빌리티, 유기반도체·디스플레이 등 4대 분야를 중심으로 조성된다. 이 가운데 세라믹 소재는 전고체전지, 촉매, 항공우주 구조소재 등 다양한 영역에 포함되며 핵심 역할을 수행할 것으로 보인다.

또한 클라우드 기반 네트워크를 통해 산·학·연 연구자들은 시간과 공간의 제약 없이 실험 데이터와 연구 자원을 공유할 수 있게 된다.

‘데이터 5천만 건’ 구축…소재 연구 데이터 주권 확보

데이터 인프라도 대폭 강화된다. 정부는 국가 소재 연구데이터 통합 플랫폼을 구축하고, 5년 내 1,000만 건, 10년 내 5,000만 건 규모의 AI 학습용 데이터를 확보할 계획이다.

특히 데이터 표준화와 품질관리, 온톨로지 기반 구조화를 통해 AI 활용이 가능한 ‘AI-Ready 데이터’를 구축하고, 해외 데이터 및 컴퓨팅 인프라 의존도를 낮춰 데이터 주권 확보에도 나선다는 방침이다.

국가 소재 연구데이터 통합 이음터(플랫폼) 개념(안). (자료제공: 과기정통부)

AI·소재 융합 인재 양성…연구 패러다임 전환 가속

인재 양성도 병행된다. 정부는 AI 소재 융합 인재를 석사 300명, 박사 75명 이상 양성하고, 산·학·연 공동연구 및 인턴십 프로그램을 통해 현장 중심 역량을 강화할 계획이다. 아울러 기존 실험 중심 연구자를 데이터·AI 기반 연구자로 전환하기 위한 교육·훈련 체계도 마련된다.

세라믹 산업, ‘AI 전환’ 분기점 진입

이번 전략은 단순한 연구 지원을 넘어 소재 산업 전반의 패러다임 전환을 의미한다. 특히 세라믹 산업은 이차전지, 에너지, 항공우주 등 전략 산업과의 연계성이 높은 만큼 AI 기반 설계·실험 체계 도입 시 글로벌 경쟁력 확보의 핵심 분야로 부상할 가능성이 크다.

정부는 데이터–AI–자율실험으로 이어지는 연구 생태계 구축을 통해 국가 전략소재 선점과 공급망 대응 역량을 강화한다는 방침이다.

AI가 설계하고 로봇이 실험하는 연구 환경이 현실화되면서 소재 산업은 ‘경험 중심’에서 ‘데이터 중심’으로 빠르게 이동하고 있다. 세라믹 산업 역시 이러한 변화의 흐름 속에서 기술 경쟁력 재편의 분기점을 맞고 있다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]