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재료연, AI로 소재개발 혁신…3D프린팅·항공 등 미래기술 선
▲ 재료연 정지호 선임행정원이 `나노코리아 2026`에서 AI 기반 소재개발 플랫폼과 미래 첨단 소재기술을 설명하고 있다.
AI를 활용한 소재개발부터 차세대 수소 생산 소재, 항공용 초내열 합금, 초고감도 바이오 진단기술까지. 한국재료연구원(KIMS)이 미래 제조혁신을 이끌 첨단 소재기술을 공개하며 AI와 첨단소재가 융합하는 연구개발 방향을 제시했다.
한국재료연구원은 8일부터 10일까지 킨텍스에서 열린 '나노코리아 2026'에서 인공지능 플랫폼 기술을 중심으로 금속 적층제조(3D프린팅), 초내열 합금, 바이오진단, 청정수소 생산 등 미래 제조산업을 이끌 핵심 소재기술을 공개했다.
가장 주목받은 기술은 '인공지능 플랫폼 기술(Artificial Intelligence Manufacturing Platform)'이다. 이 기술은 소재·공정 데이터를 축적하고 AI 모델을 개발해 산업 현장까지 지원하는 소재 AI 기술개발 전주기를 하나의 플랫폼으로 구현한 시스템이다.
기존에는 합금 제조와 압연·압출, 열처리, 시편 제작, 물성평가 등 대부분의 공정을 연구자가 각각 수행해야 했다. 소재 하나를 개발하는 데도 오랜 시간과 막대한 비용이 소요됐으며, AI 학습에 필요한 데이터 확보에도 한계가 있었다.
재료연은 이러한 문제를 해결하기 위해 로봇 자동화와 AI를 결합한 무인 실험환경 구축을 추진하고 있다. 합금 제조부터 공정, 시편 제작, 물성시험까지 실험 과정을 자동화하고, 축적된 데이터를 AI가 분석해 다음 실험 조건을 도출하는 방식이다. 이를 통해 연구자는 반복적인 시험 업무보다 데이터 해석과 신소재 설계 등 연구에 집중할 수 있으며, 실험은 24시간 연속 수행돼 데이터 축적 속도도 크게 높일 수 있다.
플랫폼은 소재 물성 예측과 미세조직 자동 분석, 공정 설계 및 최적화 기능도 제공한다. 생성형 AI와 강화학습 등을 활용해 소재 특성과 제조공정을 예측하고 산업체 맞춤형 AI 솔루션까지 지원한다.
AI 기반 연구는 실제 제조기술로도 이어지고 있다. 재료연은 AI 기반 금속 3D프린팅 품질 예측 기술도 함께 소개했다. 이 기술은 광학현미경과 전자현미경, X선 CT 등을 통해 확보한 결함 이미지를 AI가 분석해 기공률뿐 아니라 결함의 크기와 형상, 방향성, 공간 분포까지 정량적으로 평가한다.
단순히 불량 여부를 판별하는 수준을 넘어 결함 특성이 인장강도와 항복강도, 연신율 등 기계적 물성에 미치는 영향을 분석하고 최적의 공정조건까지 제시할 수 있다. 특히 설명 가능한 AI(XAI)를 적용해 예측 결과의 근거를 함께 제시함으로써 항공·우주와 국방, 반도체, 에너지 분야의 고신뢰 부품 제조에 활용 가능성을 높였다.
AI 기술과 함께 미래 전략산업을 겨냥한 첨단 소재기술도 관심을 모았다. 재료연은 자동차 터보차저와 항공기 엔진, 발전용 가스터빈 등에 적용 가능한 1000℃급 TiAl(티타늄 알루미나이드) 초내열 합금 기술을 공개했다.
새롭게 개발한 TiAl 합금은 기존 상용 소재보다 사용 가능 온도를 약 200℃ 높인 1000℃까지 향상시켰으며, 고온 강도와 내산화성, 크리프 특성을 동시에 확보했다. 정밀주조와 형단조 공정기술까지 확보해 극한 환경에서 사용되는 핵심 부품의 국산화 기반을 마련했다는 평가다.
바이오 분야에서는 나노엔지니어링 초고감도 바이오진단 플랫폼이 소개됐다. 플라즈모닉 나노구조와 표면증강라만산란(SERS) 기술을 활용해 혈액 속 극미량 암 유전자와 패혈증 원인균 등을 빠르게 검출하는 기술이다. 기존 분자진단보다 분석 시간을 크게 줄이면서도 높은 민감도를 확보해 조기 암 진단과 재발 모니터링, 정밀의료, 감염병 진단 등 다양한 의료 분야 활용이 기대된다.
청정수소 생산 기술도 공개됐다. 재료연은 고성능·고내구 음이온 교환막(AEM) 수전해 기술을 통해 귀금속을 대체하는 비귀금속 촉매와 막전극접합체(MEA) 제조공정을 개발했다. 대면적 전극과 스택 설계 기술을 바탕으로 수소 생산 효율 75.5%, 시간당 250ℓ급 수소 생산이 가능한 시스템을 구현했으며, 분산형 수소충전소와 수소에너지저장시스템(HESS) 등 차세대 수소 인프라 적용을 목표로 하고 있다.
한국재료연구원 관계자는 "인공지능 플랫폼을 기반으로 축적되는 소재 데이터와 원천기술은 제조 공정 혁신과 산업 현장의 경쟁력 향상으로 이어질 것"이라며 "앞으로도 AI와 첨단 소재기술을 접목해 연구개발 효율을 높이고 기술 자립 기반을 강화하는 데 연구 역량을 집중하겠다"고 말했다.