[과학의날] 원자력연, '4차 산업혁명' 선도 역할

원자력 무인 방제시스템 구축에
AI로 코로나19 감염 위험도 예측

한국원자력연구원(KAERI) 전경.

한국원자력연구원(KAERI·이하 원자력연)은 미래를 만들어가고 있다. 국민 안전을 지킬 뿐만 아니라 원자력 기술 선진화에도 앞장서 국가경쟁력을 높이는 일등 공신이다. 4차 산업혁명 시대를 맞은 지금 원자력연도 변화에 발맞춰 혁신하고 있다.

먼저 '미래 원자력 기술발전 전략'에 부합하도록 연구개발 방향을 재정립했다. 국민 생명과 안전 중심의 선도형 R&D를 가치로 사회 현안 해결·일자리 창출·국가 전략적 활용·미래사회 대비·기초과학 증진 등 5대 연구방향을 새로운 실천 비전으로 제시했다.

한국원자력연구원 내부 시설 모습. /사진=한국원자력연구원 제공

▲4차 산업혁명 시대 밑그림을 그리다=그동안 인류의 생활 모습과 생산방식에 큰 변화가 있었다. 증기기관 발명을 계기로 촉발된 1차 산업혁명, 전기를 이용한 대량생산이 본격화된 2차 산업혁명, 인터넷이 이끈 정보화 및 자동화 생산시스템의 3차 산업혁명 등 인류는 변화 속에서 성장했다.

지금은 4차 산업혁명으로 불리는 역사적 변곡점에 놓여있다. 원자력연은 원자력기술에 로봇·드론·AI(인공지능)·빅데이터 등을 결합한 혁신기술 개발에 박차를 가하며, 힘찬 도약을 준비 중이다. 새로운 시대의 밑그림을 원자력연이 그리고 있는 것이다.

한국원자력연구원 방사능 방재훈련에서 자체 개발한 원자력 로봇이 활약하고 있다. /사진=한국원자력연구원 제공

▲원자력사고 무인방재시스템 구축=원자력연구원은 자체 개발한 원자력 로봇들로 원자력 사고에 대응하는 자체 무인 방재시스템을 갖췄다.

실내 모니터링 로봇 '티램'(TRAM·Tracked Radiation Area Monitoring), 실외 모니터링 로봇 '램'(RAM·Remote control system for Accident Monitoring), 사고대응 로봇 '암스트롱'(ARMstrong·Accident Response Manipulator), 공중 방사선 모니터링 드론으로 구성된 로봇 방재 체계는 최근 실제 방재훈련에 참여해 실효성을 입증했다.

실내 모니터링 로봇인 '티램'은 방사선, 온도 탐지기를 탑재하고 계단과 장애물을 넘으며 이동한다. 본체 높이가 30㎝에 불과한 소형 장갑차 형태의 로봇으로, 사고 현장의 방사선량, 열화상 정보와 3차원 지도를 실시간으로 작성, 외부로 송신할 수 있다.

실외 모니터링 로봇 '램'은 상용 ATV를 원격 조종하는 방식으로, 넓은 발전소 부지 안에서 방사선 탐지 장비 등을 싣고 시속 60㎞ 속도로 고속 주행할 수 있다. 램에 공중 모니터링을 위한 드론을 조합해 지상과 공중 다각도에서 현장 관측과 방사선 오염지도 작성이 가능하다.

사고대응 로봇인 '암스트롱'은 유압시스템을 적용해 두 팔로 총 200㎏ 하중의 물건을 자유롭게 움직이고, 무한궤도로 험지 이동이 가능하다. 무거운 콘크리트나 폐기물 드럼을 취급하고 소화수를 분사하거나 잔해물 처리, 밸브 조작이 필요한 사고 현장에서 특히 유용하다.

사람 팔 모양의 '마스터 디바이스'를 움직이면 암스트롱의 팔도 함께 똑같이 움직이는 방식으로, 고중량 파이프를 조립할 수 있음은 물론 랜 커넥터를 꽂는 섬세한 작업까지 가능하다.

원자력연은 4차 산업혁명 기술을 적극적으로 접목해 우리 로봇이 국가적 대응 체계를 지원할 수 있는 2단계, 해외 방재기관과의 국제 공조체계를 확고히 구축하는 3단계까지 무인 방재시스템을 완성할 계획이다.

원자력연구원이 인공지능으로 구로 콜센터 코로나-19 감염 상황을 시뮬레이션한 결과. /사진=한국원자력연구원 제공

▲AI로 코로나 감염 위험도 예측=원자력연은 빅데이터 전문기업과 다중이용시설의 코로나19 전파 위험도를 예측하는 기술을 최초로 개발했다.

연구원은 인공지능 전문기업들과 함께 유니티(인터랙티브 콘텐츠 제작을 위한 통합 소프트웨어)를 이용해 다중이용시설의 공간과 개별 이용자의 이동 경로를 모델링 했다. 이를 바탕으로 전파 확률 모델을 통해 사람 간 거리에 따라 전체 이용자와 해당 시설의 위험도를 계산했다.

지난해 콜센터 감염사례 등을 적용한 결과, 질병관리본부의 역학조사 논문과 비슷한 결과를 도출했다. 이용자 밀집 정도가 같았을 때 겹치는 동선이 많은 시설일수록 감염 위험이 크다는 사실도 시뮬레이션으로 증명했다.

이 기술을 이용하면 그 시설의 인구밀도, 마스크 착용 여부 등을 고려한 위험도를 예측해 최적의 방역 정책을 찾아낼 수 있다. 이동 동선에 따른 위험도를 예측해 최적의 동선을 찾는 것도 가능하다.

사고대응 로봇 '암스트롱' 모습. /사진=한국원자력연구원 제공

▲빅데이터로 찾는 방사선 기술=방사선 기술에도 빅데이터를 활용하는 시대가 왔다. 방사선 융합기술을 연구하거나 새로운 사업을 구상하는 이들에게 지도가 되어줄 빅데이터 플랫폼이 국내 최초로 신뢰성을 인증받고 문을 열었다.

원자력연구원 첨단방사선연구소가 구축한 '국가 방사선 반응지도 모델링(이하 RRM, Radiation Reaction-Map) 플랫폼'이 한국데이터산업진흥원으로부터 데이터 품질 최고 등급 '플래티넘'을 획득하고 인증식을 가졌다.

'RRM'은 식품에서 산업용 소재에 이르는 각종 물질에 방사선을 조사했을 때 나타나는 반응 정보를 체계적으로 수집해 통합 관리하는 데이터베이스다. 데이터 품질인증(DQC-V, Data Quality Certification-Value)은 공공기관이나 기업이 구축한 시스템 데이터 품질을 과학기술정보통신부 산하 한국데이터산업진흥원 주관으로 심사·인증하는 제도다.

평가 결과에 따라 플래티넘·골드·실버 3개 등급으로 나눠지며, 플래티넘 등급은 데이터 정확성이 99.97% 이상인 경우 부여한다. 연구원의 RRM 플랫폼은 방사선 데이터 분석 처리 능력과 예측 시스템의 정확성 등에서 99.98% 이상의 정합률을 확인받았다.

멸균을 위해 식품에 방사선을 조사하는 경우, 예전에는 개별 기업이 수많은 실험을 거쳐 최적의 조사선량을 찾아내야 했다. 하지만 이젠 연구원이 제공하는 RRM 플랫폼의 빅데이터를 활용해 최적의 조사선량을 즉시 확인할 수 있다. 기술개발에 필요한 비용과 시간을 6분의 1로 줄일 수 있다는 평가다.

RRM 플랫폼 사업은 현재 1단계가 완료돼 식품, 식물 검역 방사선 반응 데이터 수집과 예측 알고리즘 개발을 마쳤다. 2단계 사업으로 반도체를 비롯한 공업 소재, 생물 분야 반응 예측 시스템을 개발하고 있다. 올해 12월 최종 완성을 목표로 하고 있다.

한국원자력연구원과 ㈜에이치시티가 초고집적 반도체 시험평가사업 진출을 위한 업무협약을 체결하는 모습. /사진=한국원자력연구원 제공

▲초고집적 반도체 시험평가 기준 확립=수십억 개의 소자가 나노 단위 크기로 선폭을 형성하는 '초고집적 반도체'는 4차 산업혁명 시대를 열 핵심부품으로 평가된다.

그러나 초고집적 반도체는 우주 공간, 대기 중 존재하는 양성자·중성자·전자 등에 노출되면 일시적 오류가 종종 발생하기에 시험평가를 통한 안정성, 신뢰성 확보가 매우 중요하다.

원자력연은 국내 시험인증 및 교정 서비스 대표 전문기업과 초고집적 반도체 시험평가 기준 확립을 위해 업무협약(MOU)을 체결했다. 원자력연구원은 물질의 분자·원자 단위에서 구조, 운동을 종합적으로 분석할 수 있는 다수의 복합 양자빔 시설을 보유하고 있다. 이 시설들을 적극 활용해 4차 산업혁명을 선도할 초고집적 반도체 및 기능소자의 안정성, 신뢰성 평가 사업을 육성하고 국내 반도체 산업 발전에 기여할 계획이다.
송익준 기자