합금 제조과정 밝히는 ‘설명가능한 AI’로 최고의 알루미늄 합금 개발

지금까지는 과학자들이 물질들의 물리적, 화학적 반응을 살피면서 새로운 소재를 개발하거나 화합물을 합성했다. 그런데 국내 연구진이 인공지능(AI)를 이용해 개인용 비행체(PAV), 초고속열차 등에 쓰이는 꿈의 신소재를 개발하는데 성공해 주목받고 있다.

울산과학기술원(UNIST) 기계공학과, 경상국립대 금속재료공학과, 한국재료연구원, 포스텍 공동연구팀은 인공지능을 이용해 새로운 고강도 경량 알루미늄 합금 설계기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘합금과 혼합물’(Journal of Alloys and Compounds)에 실렸다.

소재의 강도와 연성은 상반되는 특성이기 때문에 강도가 높으면서도 충분한 연성을 가져 강하지만 가공하기 편한 꿈의 소재를 찾는 것은 쉽지 않았다. 실험적으로 찾을 수도 있지만 첨가되는 원소의 최적 혼합비율과 공정조건을 발견하기 위해서는 엄청난 시간과 비용이 필요하다.

이에 연구팀은 최적의 강도와 연성을 갖는 첨가 원소 조합과 공정조건을 빠르게 찾는 인공지능 딥러닝 모델을 개발했다. 이번에 개발한 AI로 우수한 기계적 특성을 지닐 것으로 예측되는 합금의 공정조건도 얻을 수 있었다. AI의 추천 시간도 5분 이내 밖에 걸리지 않았다.

연구팀은 AI가 추천한 화학조성과 공정조건에 맞춰 알루미늄 합금을 제작한 결과 710㎫(메가파스칼) 이상의 강도를 유지하면서도 20% 정도의 연성을 갖는 것으로 확인됐다. 현재 널리 쓰이고 있는 상용소재인 7068-T6 합금은 590㎫의 강도와 연성은 8% 수준에 불과하다.

특히 이번에 활용한 AI는 설명가능한 인공지능 기술이기 ?문에 AI가 특정 조합과 공정과정을 왜 추천했는지 중간 과정까지 파악할 수 있다. 기존 AI는 입력과 출력 중간 과정에 대해 파악할 수 없다는 단점이 있었다. 설명가능한 AI를 사용했기 때문에 AI 추천합금을 만든 뒤 미세조직을 분석해 재료공학적 이론과 일치하는지도 확인할 수 있다.

성효경 경상국립대 교수는 “이번 기술은 다양한 경량 합금 소재 생산에도 적용할 수 있어 신소재 개발기간과 비용을 대폭 줄일 수 있을 것”이라며 “설명가능한 인공지능을 사용함으로써 기술신뢰도와 응용성을 높였다”고 설명했다.

정임두 UNIST 교수도 “실험적 방법만으로는 찾기 어려운 경량금속을 빠르게 찾을 수 있는 이번 기술은 탄소중립시대 새로운 운송장치를 생산할 때 필요한 차체 경량화 수요에 발빠르게 대응할 수 있을 것”이라고 말했다.