新素材 開發速度 높이는 硏究 플랫폼 만든 ‘버추얼랩’
컴퓨터로 物質 選別하고 特性 把握… 누구나 쓸 수 있게 ‘클라우드’로 開發
使用한 만큼만 支拂해 費用도 아껴
“‘IT 雜務’ 덜어줘 R&D에 集中”… “新素材 開發 完全 自動化가 꿈”
新素材 開發 시뮬레이션 플랫폼을 開發해 클라우드로 서비스하고 있는 이민호 버추얼랩 代表가 지난달 20日 서울 城東區 事務室에서
플랫폼 試演 畵面을 보여준 뒤 환하게 웃고 있다. 李 代表는 “배터리나 半導體 等 新素材의 役割이 重要한 産業에서 우리 플랫폼이
開發 期間을 短縮시켜 줄 것”이라고 했다. 신원건 記者 laputa@donga.com
새로운 素材를 開發하는 新素材工學은 鍊金術에 比喩된다. 決定構造나 特定 元素를 바꾸는 것으로 新素材를 만들어 낸다. 예컨대 黑鉛(鉛筆心)으로 다이아몬드라는 新素材를 만든다고 假定해 보자. 둘은 炭素 元素로만 構成됐다는 共通點이 있다. 같은 元素로 돼 있지만 決定構造가 달라지면 다른 特性을 나타낸다. 決定構造를 다르게 하려면 實驗室에서 壓力이나 溫度 等을 달리해 結合 方式을 바꿔야 한다. 하지만 어떤 式으로 結合하는 것이 最善인지 알아내려면 實驗을 數없이 反復해야 한다. 컴퓨터를 利用해 炭素의 結合方式을 다르게 構成해보고 그렇게 만들어진 材料가 어떤 特性을 보일지 미리 알 수 있다면 開發 時間과 費用을 줄일 수 있을 것이다.
宇宙航空이나 배터리, 디스플레이, 半導體, 情報通信, 生體材料 産業 같은 尖端 産業에서 새로운 素材의 開發은 必須的이다. 우리 政府가 推進하고 있는 次世代 成長産業 育成은 新素材 開發이라는 基礎가 튼튼해야 좋은 成果를 낼 수 있다. 예컨대 尖端 배터리 兩極財를 開發할 때 兩極財의 代表的인 候補物質인 리튬과 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 等의 比率을 달리해 製造하는 것만으로도 배터리의 特性이 크게 改善될 수 있다. 事實上 누가 먼저 찾아 만들어 내느냐는 게임인 것이다.
버추얼랩 職員들이 2022年 3月 美國 캘리포니아州 애너하임에서 열린 美國金屬材料學會(TMS) 第151次 年次總會 및 展示會에서 關聯 分野 硏究者들에게 ‘머티리얼스 스퀘어’를 說明하고 있다. 버추얼랩 提供
서울 성동구에 있는 버추얼랩(代表理事 이민호)은 新素材를 開發하는 硏究者들이 새로운 素材를 迅速하게 開發할 수 있도록 돕는 시뮬레이션 플랫폼 ‘머티리얼스 스퀘어’를 만든 스타트업이다. 現在 美國 等 100餘 個國, 1萬8000名의 硏究者가 이 會社의 서비스를 利用하고 있다. 지난달 21日 버추얼랩 本社에서 만난 이민호 代表理事(38)는 “新素材를 硏究하는 硏究者들은 物理나 化學 分野에 精通한 境遇가 많지만 컴퓨터 시뮬레이션까지 다룰 줄 아는 境遇는 드물다”며 “硏究者들이 新素材를 찾는 데만 集中할 수 있도록 다양한 시뮬레이션 方式을 웹을 통해 손쉽게 使用할 수 있도록 했다”고 했다.
● 컴퓨터로 最適의 素材 찾는다
會社名 버추얼랩은 ‘假想 實驗室’이라는 뜻이다. 實際로 實驗이나 製造를 하기 前에 物理法則으로 미리 實驗을 謀議해 보도록 한다는 意味를 담았다. 에디슨이 電球를 發明할 當時 電球의 필라멘트 材料를 發見할 때는 可能性이 있는 모든 材料로 直接 實驗을 하는 方式을 擇했다. 只今은 그런 方式으로 하기에는 新素材工學 分野의 開發 規模가 너무 複雜하고 어려워졌다. 그만큼 時間이 많이 걸리고 費用도 많이 든다.
우리가 每日 接하는 日氣豫報도 一種의 假想 實驗의 結果가 反映된 結果物이다. 豫報官들은 數値豫報라고 불리는 컴퓨터 날씨 시뮬레이션 모델의 結果를 參考해 豫報를 낸다. 數値豫報 모델은 流體의 흐름을 描寫한 偏微分 方程式인 ‘나비에 스토크스 方程式’을 컴퓨터로 풀어내는 알고리즘이다. 偏微分 方程式을 푸는 데는 計算 資源이 많이 必要해 슈퍼컴퓨터級의 高性能 컴퓨터가 主로 쓰인다.
新素材工學에서 어떤 物質의 特性을 알려면 量子力學의 基本 方程式인 슈뢰딩거 方程式을 풀어야 한다. 電子들 사이의 複雜한 相互作用을 計算해 物性을 把握하는 것이다. 亦是 高性能의 컴퓨터가 必要하다. 李 代表는 “旣存에는 新素材工學 硏究室에서 컴퓨터 新物質의 特性을 시뮬레이션해보려면 高性能의 컴퓨터를 마련해야 했고, 또 自身의 硏究에 必要한 여러 方程式을 풀어주는 소프트웨어를 別途로 購入해야 했다”며 “基本的으로 數千萬∼數億 원의 豫算이 必要했던 것이라 엄두를 내기 힘들었지만, 우리 플랫폼 ‘머티리얼스 스퀘어’를 活用하면 自身의 노트북컴퓨터로 웹을 통해 使用時間만큼만 費用을 支拂하면 된다”고 했다.
머티리얼스 스퀘어를 活用하면 旣存 物質의 特定 原子를 다른 原子爐 交替하거나, 結合 方式을 變更하는 것이 簡單한 入力만으로 解決된다. 遠隔 컴퓨팅 서비스인 클라우드 서비스로 具現돼 있어 컴퓨팅 資源이나 貯藏空間度 自身의 硏究 方向에 맞춰 一時的으로 늘리거나 줄이는 等의 調節이 可能하다. 硏究者들은 시뮬레이션 소프트웨어를 서버에 맞춰 最適化할 必要도 없고, 시뮬레이션 結果를 分析하는 수고도 덜 수 있어 素材 硏究에 더 集中할 수 있다. 비싸고 使用하기 어렵던 시뮬레이션 프로그램을 커피 한盞 즐기듯이 손쉽게 使用할 수 있도록 함으로써 新素材 硏究에 새로운 패러다임을 만든 셈이다.
● 大學院 同僚들의 시뮬레이션 도와주다 創業
李 代表는 高性能컴퓨팅(HPC) 엔지니어로 일하다가 한양대 大學院 新素材工學科에 進學했다. 크고 複雜한 計算을 最適化하는 일 代身 新素材工學을 工夫한 뒤 大企業에 就職해 硏究員의 길을 가기 위해서였다. 그런데 大學院에서 創業으로 進路가 바뀌게 된다.
當時 그의 硏究室에서는 別途의 시뮬레이션 프로그램을 購入해 유닉스나 리눅스 系列의 運營體制(OS)를 쓰는 高性能의 컴퓨터에 깔아 쓰고 있었다. 李 代表는 “新素材 開發에서 重要한 것은 아이디어인데, 同僚들이 리눅스 運營體制가 익숙지 않아 自身의 아이디어를 마음껏 具現하는 데 어려움을 겪고 있었다”며 “소프트웨어를 製作할 能力이 있었던 德에 同僚들을 위해 윈도 프로그램처럼 入力값만 넣으면 시뮬레이션을 할 수 있는 그래픽 使用者 인터페이스(GUI) 基盤 프로그램을 만들어 稱讚과 拍手를 많이 받았다”고 했다. 그는 同僚들과 敎授들의 높은 評價에 鼓舞됐다. 以後 新素材工學 硏究者들이 시뮬레이션 프로그램을 驅動하는 데 어려움을 겪고 있는 것이 더 많이 보였다. 碩士 學位를 받고 2014年頃 韓國科學技術硏究院(KIST)에 入社해 다양한 素材 硏究를 위한 여러 開發 플랫폼을 만들었다. 리튬이온 배터리와 半導體 等의 素材 플랫폼 開發에 核心 人力으로 參與하기도 했다. KIST에 있으면서 硏究者들의 다양한 需要, 硏究 패턴 等에 對한 知識을 蓄積했다.
버추얼랩에는 戰略責任者를 맡고 있는 박민규 副社長(KIST 博士後課程), 企業 顧客 컨설팅 責任者인 김영광 首席 컨설턴트(浦項工大 博士), 顧客成功팀을 이끄는 류정아 리더(세종대 博士) 等 物理學科 新素材工學 專門家들이 參與하고 있다.
●시뮬레이션 進化의 最終 目標는 ‘素材 開發 自動化’
버추얼랩이 만든 新素材 開發 플랫폼은 進化를 거듭해 오고 있다. 2017年 無機材料(Inorganic material) 시뮬레이션 플랫폼으로 始作해, 2021年에는 有機材料와 高分子 新素材 시뮬레이션이 追加됐다. 硏究 敎育用 플랫폼도 이 時期에 出市했다. 2022年에는 에너지素材 硏究開發 플랫폼으로 擴張됐고, 企業에 硏究開發 플랫폼을 맞춤型으로 提供하는 事業도 始作했다. 電氣化學 觸媒 硏究設計에 特化된 ‘카탈리틱’ 서비스도 선보였다.
올해에는 ‘D3스퀘어’라는 데이터 基盤 新素材 開發 플랫폼을 선보였다. 旣存 個別 硏究室에서 가지고 있던 新素材 開發 데이터를 人工知能(AI)에 學習시켜 成功 可能性이 높은 新素材를 빨리 選別할 수 있도록 돕는 프로그램이다. 硏究者는 最小限의 試圖로 願하는 物性을 지닌 合金 組合 比率을 AI의 도움으로 만들 수 있다. 素材 産業에 있는 中小·中堅企業에 도움이 될 것으로 버추얼랩 側은 期待하고 있다.
버추얼랩이 開發해 서비스하는 技術들은 尖端 産業의 成長에 적잖은 影響을 끼칠 것으로 보인다. 素部裝(素材 部品 裝備) 産業을 育成해야 하는 政府가 눈여겨볼 必要가 있어 보인다.
버추얼랩의 技術들은 한 가지 目標를 向하고 있다. 李 代表는 “必要한 物性을 갖춘 素材를 最小限의 試圖로 찾아낸 뒤, 이를 로봇이 自動으로 配合하고 製造해 檢證까지 마치는 新素材 開發의 完全 自動化를 이끄는 企業이 될 것”이라고 했다.
허진석 記者 jameshur@donga.com
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