일본산업뉴스요약

초강력 접착제, MI이용 가상 실험으로 개발
물질∙재료연구기구, 기간 1/5로 단축

물질∙재료연구기구 데이터구동 고분자설계의 나이토(內藤) 그룹리더 팀은 정보과학을 통해 신소재를 설계하는 ‘머티리얼즈 인포매틱(Materials Information, MI)’을 이용해 초강력 접착제 개발 기간을 5분의 1로 단축할 수 있는 기술을 개발했다. 실제 실험과 기계학습을 조합해 예측 정밀도를 향상시키는 ‘액티브러닝(Active Learning, 능동학습)’이라는 방법을 활용, 적은 양의 실험 데이터에서 접착제 최적의 배합을 밝혀냈다. 자동차 및 항공기 제조 등에 응용할 수 있을 것으로 보고 조기 실용화를 목표로 하고 있다.

대상은 에폭시 수지를 주성분으로 하는 접착제로, 주재료와 경화제, 이 둘의 혼합 비율, 경화 온도 등 4가지 변수를 최적화하는 경우를 상정했다. 이를 위해서는 각각 4종류씩 총 256종류의 실험이 필요해 많은 시간이 요구된다.

연구팀은 우선 실험을 통해 36종류의 데이터를 수집한 후, 기계학습으로 256종류의 가상적 실험을 실시했다.

산업용도에 견딜 수 있는 초강력 접착제로서 당초 전단강도(Shear Strength) 20메가파스칼(Mpa) 이상을 목표로 했지만, 액티브러닝을 통해 35Mpa 이상의 조합이 예측되었다. 연구팀은 조합 샘플을 제작해 알루미늄기판을 접착시킨 다음 끌어당기는 시험을 시행한 결과, 접착된 단면이 끊어지지 않았다. 1주일 걸리는 실험을 하루로 단축할 수 있었다.

지구온난화의 원인인 CO₂ 배출량이 문제가 되고 있는 가운데 탄소섬유 강화플라스틱(CFRP) 등을 도입한 자동차 및 항공기의 경량화가 추진되고 있다. 자동차 차체로 접착제를 이용해 CFRP 등을 채택한다면 기존의 5분의 1 정도로 경량화될 수 있을 것으로 보여 접착제의 성능과 신뢰성 향상이 중요시되고 있다.

접착제 연구는 유럽이 중심이다. “일본은 ‘후진국’으로 데이터는 거의 없다”(나이토 그룹리더)라고 한다. 이 때문에 연구팀은 적은 양의 데이터를 가지고도 신소재를 설계할 수 있는 MI를 개발. MI를 활용해 선입견을 배제한 재료 탐색이 가능하고, 적은 실험으로도 충분하기 때문에 인위적 에러의 영향을 최소화할 수 있다고 한다.

물질∙재료연구기구는 내각부의 프로그램 등을 통해 MI 연구 개발을 추진하고 있다. 미국에서는 2011년에 당시의 오바마 정권이 MI 프로젝트 ‘머티리얼 게놈계획(Materials Genome Initiative)’을 추진하는 등 국제적으로 경쟁이 뜨거워지고 있다.

물질∙재료연구기구는 10월 28일~11월 1일에 이바라키(茨城) 현 쓰쿠바 시와 도쿄 시내에서 열리는 ‘NIMS WEEK 2019’에서 이번 연구 성과에 대한 상세 내용을 발표할 예정이다.

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