[교육이 미래다] ‘화학 반응 예측 AI 모델’ 네이처에 실려

국민대학교 정준영 교수팀

국민대학교 응용화학부 나노소재 전공 정준영 교수팀이 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 콜리(Connor W. Coley) 교수팀과 공동으로 개발한 차세대 화학 반응 예측 인공지능 모델 ‘FlowER(Flow Matching for Electron Redistribution)’이 세계 최고 권위 학술지 ‘네이처’에 게재됐다.

화학 반응 예측은 신약 개발, 친환경 소재 설계, 에너지 저장 기술 등 다양한 산업에 적용되는 핵심 기술이다. 새로운 물질을 만들기 위해 어떤 원료를 어떤 조건에서 반응시켜야 하는지 예측한다.

‘FlowER’은 기존 인공지능이 놓쳤던 ‘질량 보존 법칙’을 철저히 지키면서 반응을 단계별로 예측한다. 연구팀은 화학 반응을 ‘전자 재배치’ 문제로 새롭게 정의하고, 화학 반응 전후의 전자와 원자 수를 정확히 보존하는 방식으로 중간체까지 추적 가능한 모델을 구현했다. 연구팀은 분자 속 원자 연결과 전자 이동을 지도처럼 표현하는 방식을 사용해 최신 인공지능 학습 기법인 ‘플로우 매칭(flow matching)’과 결합했다. 플로우 매칭은 시간에 따라 변화하는 상태를 자연스럽게 이어서 예측하는 기술이다. 이를 통해 여러 경로의 차이, 실험에서 종종 나타나는 부산물, 그리고 새로운 반응까지 높은 정확도로 예측할 수 있다. 특히 새로운 유형의 화학 반응에도 매우 적은 예시만으로 빠르게 적응할 수 있다는 것이 장점이다. 단 32개의 사례만 보여줘도 한 번도 본 적 없는 반응에서 10번 중 8번 이상 정확한 경로를 찾아낸다. 이렇게 예측한 반응 경로를 실제 물리·화학 법칙에 맞는지 양자화학 계산으로 검증할 수 있어 실험 설계 단계에서부터 시간과 비용을 크게 줄일 수 있다.

류장훈([email protected])