폴란드 로봇, 30일간 자율 실험으로 새 화학 반응 4종 발견

폴란드 과학아카데미(PAN) 유기화학연구소(바르샤바)의 로봇이 30일 동안 실험을 수행하고 결과를 분석하며 다음 단계를 스스로 결정했습니다. 이 로봇은 3000번이 넘는 판단을 내렸고, 이전에 기술되지 않은 화학 반응 4종을 발견하는 데 기여했습니다. 연구진은 실험마다 어떤 조건을 확인할지 일일이 지시할 필요가 없었습니다.

장치는 야로스와프 M. 그란다 박사가 이끄는 팀이 개발했으며, 연구 결과는 Nature Communications에 실렸습니다. 다만 3000이라는 숫자는 실험 횟수가 아니라 소프트웨어가 내린 판단의 수입니다. 발견 역시 새로운 원소나 미지의 물질이 아니라 화학적 변환을 수행하는 새로운 방법입니다. 선별한 100개 반응을 분석한 결과, 높은 거울상 선택성을 지닌 새 변환 4종이 확인됐습니다.

작동 방식

장치는 3축으로 움직이는 액체 처리 로봇으로, 시린지 펌프에 연결된 특수 바늘이 미리 준비한 용액을 바이알에 옮깁니다. 바이알 홀더는 3D 프린터로 제작했습니다. 반응은 영하 40도에서 약 90도까지 진행할 수 있고, 끝난 뒤에는 크로마토그래피로 혼합물을 분석합니다. 분석 모듈 2개로 하루 40~50개의 혼합물을 검사할 수 있었으며, 밤과 주말에도 가동할 수 있었습니다.

판단은 심층 강화학습 알고리즘이 맡습니다. 실제 로봇에 적용하기 전 실험과 크로마토그래피 분석을 모사한 가상 환경 두 개를 만들었고, 첫 번째 AI 에이전트는 2000만 회, 두 번째는 1000만 회의 훈련을 거쳤습니다. 덕분에 로봇은 반응을 얼마나 오래 진행할지, 온도를 몇 도로 할지, 해당 방향을 계속 탐색할지 스스로 정할 수 있었습니다.

의약품 분야의 의미와 한계

연구는 비대칭 유기촉매 분야에 집중했습니다. 일부 분자는 서로 거울상인 두 형태로 존재하며, 왼손과 오른손에 비유할 수 있습니다. 체내에서는 작용이 다를 수 있어 의약품 설계에서 생성 제어가 중요합니다. 4종 중 하나는 축 키랄성을 가진 화합물로 이어지고, 나머지 셋은 알렌 합성을 가능하게 합니다. 한 결과는 피롤로피롤이라는 분자 부위의 최초 거울상 선택적 작용기화와 관련됩니다.

저자들은 이 장치가 완전히 독립적인 연구를 수행하는 것은 아니라고 강조합니다. 탐색 영역 설정, 기질 준비, 장비 제작, 분석 방법 개발은 사람이 했고, 발견된 생성물도 추가 분석이 필요했습니다. 전혀 다른 화학 공정에서도 잘 작동할지는 아직 알 수 없으며, 이번 반응이 곧바로 신약으로 이어진다고 볼 근거도 없습니다. 그래도 반복 실험과 다음에 확인할 대상의 일부 판단을 기계에 맡길 수 있다는 점은 의미가 큽니다.