✅마이크로소프트, 무기재료 설계 생성 AI 플랫폼 '매터젠(MatterGen)' 오픈소스로 공개

 

 

생성형 인공지능(AI)이 신소재 개발 분야에서도 혁신을 불러일으키고 있다. 마이크로소프트의 새로운 무기재료(Inorganic materials, 無機材料) 설계 생성 AI플랫폼 '매터젠(MatterGen)'은 기존의 실험적 시도나 데이터베이스 스크리닝 대신, 특정 설계 요구사항에 맞춰 새로운 소재를 직접 생성하는 AI 도구로 주목받고 있다

전통적으로 신소재 개발은 시간과 비용이 많이 소요되는 실험적 방법이나 방대한 데이터베이스를 기반으로 한 스크리닝 방식에 의존해왔다. 하지만 매터젠은 특정 화학적, 기계적, 전자적, 또는 자기적 특성을 가진 신소재를 요구 조건에 따라 직접 생성할 수 있다.

 

 

 

 

매터젠은 약 60만 개의 안정적인 소재 데이터를 학습했다. 이 데이터는 Materials Project, OQMD, AFLOW 등 공개 데이터베이스에서 수집되었으며, 결정 구조, 화학 조성, 에너지 등의 정보를 포함한다. 매터젠의 기반 모델은 3D 기하학적 구조를 활용한 확산 모델을 사용한다.

이미지 생성형 AI 모델이 텍스트 입력에 따라 이미지를 생성하듯이, 매터젠은 초기 무작위 구조에서 화학 조성과 격자 구조를 조정하며 안정적인 소재 구조를 생성한다. 확산 모델은 초기에 무작위 구조에 노이즈를 추가하여 데이터를 확산시킨 후, 이를 역으로 복원하는 과정을 통해 안정적인 소재 구조를 생성한다.

 

 

매터젠은 학습 데이터를 기반으로 소재 구조의 패턴을 학습하고, 이를 바탕으로 새로운 소재 구조를 생성한다. 또한, 물리 법칙과 화학 규칙을 준수하도록 제약 조건을 설정하여 실제로 합성 가능한 소재를 생성한다. 매터젠은 스크리닝 방식으로는 포착할 수 없는 고성능 소재를 지속적으로 탐색할 수 있다는 점에서 차별화된다.

실제로 중국과학원 심천연구소와의 협력으로 매터젠이 설계한 TaCr2O6 소재가 실험적으로 합성되었으며, 설계된 특성과 높은 일치도를 보여 기술의 실질적 적용 가능성을 입증했다. TaCr2O6 소재는 높은 경도와 강도를 가진 세라믹 소재로, 절삭 공구, 내마모 부품, 고온 구조 재료 등에 활용될 수 있다. 이 소재는 200GPa 이상의 벌크 모듈러스를 목표로 설계되었으며, 실험 결과 169GPa로 측정돼 설계값과 근접한 성능을 보였다.

매터젠의 개발팀은 해당 기술의 오픈소스(다운)를 MIT 라이선스 하에 공개하며, 전 세계 연구자와의 협력을 통해 기술을 더욱 발전시키겠다는 계획을 밝혔다.

매터젠은 또한 기존 시뮬레이션 AI 도구인 매터심(MatterSim)과 연계해 신소재 탐색과 속성 시뮬레이션을 가속화하는 시너지 효과를 창출할 수 있다고 설명했다. 매터젠으로 새로운 소재를 생성한 후, 매터심을 이용하여 해당 소재의 물성을 시뮬레이션하고 성능을 예측할 수 있다. 이를 통해 실험 횟수를 줄이고 개발 시간을 단축할 수 있다.

생성형 AI의 발전이 신약 개발에 미친 영향처럼, 매터젠은 배터리, 연료전지, 자석 등 다양한 산업 분야에서 신소재 설계 방식에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 존스홉킨스대학교 응용물리학연구소(APL)의 크리스토퍼 스타일스(Christopher Styles)는 “매터젠은 임무 수행에 적합한 혁신적인 소재를 발굴할 잠재력을 가지고 있다”며, 이 기술이 연구와 산업 전반에 걸쳐 중요한 역할을 할 것이라고 평가했다.

매터젠은 AI 기반 신소재 설계가 가진 잠재력을 현실화하며, 지속 가능한 미래를 위한 핵심 기술로 자리 잡을 전망이다. 하지만 생성형 AI 기반 신소재 설계 방식은 아직 초기 단계에 있으며, 해결해야 할 과제도 남아 있다.

예를 들어, AI 모델의 학습 데이터 편향 문제, 생성된 소재의 안정성 및 합성 가능성 검증 문제, 그리고 AI 모델의 설명 가능성 및 신뢰성 확보 문제 등이 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위한 지속적인 연구 개발이 필요하다.

한편, 이번 연구 결과는 네이처에 무기 재료 설계를 위한 생성 모델(A generative model for inorganic materials design-다운)'란 제목으로 16일(현지시간) 게재됐다.

 

 

 

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"생성형 AI로 신소재 설계 혁신 이끌어"...마이크로소프트, 무기재료 설계 생성 AI 플랫폼 '매터젠(