AI로 복잡한 구조 예측·설계… 메타물질 설계 자동화 실현

기계공학전공 김남중 교수와 최한솜 학부연구생(사진 좌측부터)

가천대학교 기계공학전공 김남중 교수 연구팀과 서울대학교 수리과학부 홍영준 교수 공동 연구팀이 자연에 존재하지 않는 새로운 물성을 구현할 수 있는 ‘메타물질’을 인공지능으로 설계하는 기술을 개발했다. 이번 연구에는 가천대 기계공학과 4학년 최한솜 학부연구생도 참여했다.

연구팀은 ‘해석 가능한 생성형 인공지능 모델’을 이용해 복잡한 구조의 메타물질을 자동 설계할 수 있는 기술을 제안했다. 메타물질은 자연에는 없는 특이한 구조와 성질을 가지는 인공 소재로, 예를 들어 충격을 효과적으로 흡수하는 자동차 범퍼, 강하면서도 유연한 로봇 관절, 뼈와 비슷한 성질을 지닌 인공 임플란트 등에 활용될 수 있다.

이번 연구에서는 인공지능이 구조체의 기계적 특성(강도, 유연성 등)을 스스로 예측하고, 원하는 성능을 낼 수 있도록 구조 형상을 조절하는 방법을 제시했다. 특히, 구조의 내부 설계를 조정해 ‘가볍지만 튼튼한’ 구조를 설계할 수 있으며, 다양한 산업 분야에 쉽게 적용할 수 있는 것이 특징이다.

김남중 교수는 “이번에 개발한 기술은 항공우주, 의료용 임플란트, 로봇공학 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 잠재력을 가지고 있다”며 “특히 복잡한 구조물의 설계를 보다 효율적이고 정밀하게 수행할 수 있어, 향후 산업 전반에 의미 있는 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구는 ‘Physically interpretable discrete latent representations for the design of advanced mechanical metamaterials in complex geometries(복잡 형상의 고급 기계적 메타물질 설계를 위한 물리적으로 해석 가능한 이산 잠재 표현)’라는 제목으로 SCI(E)급 국제학술지 Engineering Applications of Artificial Intelligence에 지난달 3일 게재됐다.

□ 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.engappai.2025.111011