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AI로 성질 예측 가능해진 '고엔트로피 합금'이란 무엇인가

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AI로 성질 예측 가능해진 '고엔트로피 합금'이란 무엇인가

2020.11.11 00:54
포스텍 연구팀, AI 활용해 성질 예측
AI를 활용해 고엔트로피 합금 성질을 예측하는 모델을 개발한 이승철 포스텍 기계공학과 교수. 포스텍 제공
AI를 활용해 '고엔트로피 합금' 성질을 예측하는 모델을 개발한 이승철 포스텍 기계공학과 교수. 포스텍 제공

주요 원소에 보조 원소 두세 가지를 섞어 만드는 일반 합금과 달리 ‘고엔트로피 합금’은 주요 원소 없이 다섯 가지 이상의 원소를 비슷한 비율로 섞어 만든다. 극저온이나 부식 같은 극한환경에서도 우수한 성능을 보여 ‘합금 이상의 합금’으로 불린다.


포스텍 기계공학과 이승철 교수와 진현규 교수 연구팀은 인공지능(AI)를 활용해 고엔트로피 합금의 성질을 예측하는 모델을 개발했다고 10일 밝혔다.

 

엔트로피는 어떤 계에서 원소나 분자의 무질서한 정도를 나타내는 수치다.  분자가 질서정연하게 배열된 고체보다 기체의 엔트로피가 더 크다. 여러 금속을 섞으면 같은 금속 원자끼리 ‘금속간 화합물’을 만들어 원자들의 엔트로피 총합이 작아지는데, 서로 다른 금속을 섞을수록 금속간 화합물이 적게 만들어지고 결국 엔트로피 총합이 늘어난다. 고엔트로피 합금은 원자들의 엔트로피 합이 기체상수 R(8.314 J/mol·K)의 1.5배보다 큰 합금이다.

 

여러 원소를 조합할 수 있어 이론적으로 무한히 많은 종류의 고엔트로피 합금을 만들 수 있지만, 실제로 만들어보기 전까지 그 성질을 예측하는 건 어렵다. 비슷한 이유로 현재까지 보유한 고엔트로피 합금의 데이터도 많지 않아 AI를 활용하기도 여의치 않았다.

 

연구팀은 먼저 생성에 특화된 AI 기술인 ‘조건부 적대적 생성 신경망(CGAN)’을 활용해 새로운 고엔트로피 합금 데이터를 생성했다. 이 데이터가 실제 고엔트로피 합금과 성질이 비슷하다는 사실을 확인한 후 기존에 가지고 있던 데이터와 함께 딥러닝으로 학습시켰다. 이를 통해 금속 원소들을 특정 비율로 합성해 고엔트로피 합금을 만들었을 때 어떤 성질을 가질지 예측하는 모델을 만들었다.

 

또 연구 과정에서 데이터를 처리하는 과정을 해석할 수 있는 ‘설명 가능한 AI’를 활용해 특정한 성질을 갖는 고엔트로피 합금을 설계에 필요한 핵심 요소가 무엇인지 알아냈다. 보통 AI는 ‘블랙박스’처럼 데이터를 처리하는 과정을 알 수 없어 결괏값을 제어할 수 없다.

 

연구를 이끈 이승철 교수는 “최근 주목받고 있는 고엔트로피 합금에 AI를 접목해 기존 연구의 한계를 획기적으로 개선했다”며 “다학제간 협업을 통해 AI 기반 신소재 개발을 촉진할 수 있는 결과를 만들어냈다는 점에 의의가 있다”고 말했다.

 

 이 연구는 국제학술지 ‘머티어리얼스앤디자인’ 온라인판 10월 27일자에 실렸다.

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