일본산업뉴스요약

바이오 연구를 피지컬 AI로 자동화
도쿄과학대학에 신거점, 실험자는 양팔 로봇

양팔 로봇이 마이크로피펫을 한 손에 들고 PCR 검사와 세포 배양을 수행한다. 2010년대부터 로봇을 중심으로 활성화되기 시작한 실험실 자동화(LA)가 피지컬 AI(인공지능)의 발전으로 더욱 가속화될 전망이다.

도쿄과학대학은 2026년 4월, 유시마 캠퍼스(도쿄)에 ‘로봇미래창조센터’를 설치했다. 양팔 로봇 등 10대가 가동 중이며, 로봇을 활용한 LA 연구 거점으로서 ‘세계 최대 규모’라고 한다. 야스카와전기의 자회사인 Robotic Biology Institute(RBI, 도쿄)가 같은 층에 입주해 있으며, 바이오 연구에 특화된 양팔 로봇 ‘마호로’를 운용하고 있다.

로봇미래창조센터의 역할은 크게 두 가지다. AI와 로봇을 활용한 차세대 자동화 기술의 개발과, 로봇을 이용한 바이오 연구 실험실의 운용이다. 자동화를 담당하는 로봇 자체의 강인성(Robustness)과 기능성을 높이면서, 이미 확립된 자동화 기술을 통해 신약 개발이나 암 연구 등 바이오 연구 자체도 가속화한다.

이 센터에서 센터장을 맡고 있는 나카야마(中山) 씨는 “대학(구 도쿄공업대학과 구 도쿄의과치과대학)이 통합되기 전부터 구상을 진행해 왔다. 도쿄과학대학에게는 의공학 연계의 상징이 될 것이다”라고 포부를 밝혔다.

장기적으로는 연구 아이디어만 전송하면 로봇이 알아서 모든 실험을 자동으로 수행하는 구상을 그리고 있다. 2028년에는 약 20억 엔을 투입해 피지컬 AI를 도입한 신형 로봇을 포함, 총 20대의 로봇을 가동할 예정이다. 2040년에는 AI에 의한 바이오 연구의 완전 자동화 및 자율화를 실현하여, 2000대의 로봇이 상시 바이오 연구를 위해 가동되는 거대한 로봇 센터 구축을 목표로 한다.

마호로를 이용한 바이오 연구 자동화는 2015년 무렵에 이미 확립되었다. 이른바 산업용 로봇의 주류인 ‘Teaching-playback 방식’을 채택한 규칙 기반의 제어다. 미리 알려준 동작이라면 충실하게 재현해 낼 수 있다.

반면, ‘뚜껑이 열리지 않는다’와 같은 예기치 못한 사태에 대해서 현재의 마호로는 잘 대처하지 못한다. 암의 손목 부분에 레이저 센서를 갖추고 있으나, 이는 어디까지나 ‘지시대로 실행되었는가’를 확인하는 용도로만 쓰인다.

이처럼 예측 불가능한 요소가 많은 환경 조건에 대해서는 피지컬 AI를 통해 대응해 나간다. 이미지 정보를 바탕으로 새로운 동작 경로를 생성할 수 있는 AI를 탑재하면, 동작의 안정성은 한층 더 높아진다.

-- 사람 손 거치지 않고 4개월간 실험, ‘피펫 노예’에서 연구자를 해방 --
AI와 마호로를 활용한 연구는 이미 성과를 내고 있다. 예를 들면, 도쿄과학대학 난치질환연구소 로봇과학분야의 간다(神田) 교수 등이 실시한, iPS 세포(유도만능줄기세포)로부터 망막색소상피(RPE) 세포로 분화시키기 위한 최적의 조건을 찾는 실험이 대표적이다.

진행 과정은 우선 48세트의 배양 조건 중에서 세포 분화 실험을 마호로가 자동으로 수행한다. iPS 세포가 RPE 세포로 분화에 성공하면 갈색으로 변색되기 때문에, 변색의 정도를 통해 조건별 분화 유도 효율을 평가할 수 있다. 이 평가 수치를 참고하여 AI가 최적의 배양 조건을 제안하면, 마호로가 다시 실험을 진행한다.

이 사이클을 4개월 정도 반복하여, 분화 유도 효율이 90%를 초과하는 최적의 조건을 약 2억 가지의 배양 조건 조합 중에서 도출했다. 그 기간 동안 실험이나 조건 탐색에서 사람의 손을 거치는 일은 거의 없었다고 한다.

바이오 계열 연구는 세포 배양이나 특정 성분 추출, 샘플 조제 등 직접 손을 움직여야 하는 작업이 많다. 실험에만 시간을 빼앗겨 논문을 쓰지 못하는 연구자를 비꼬아 ‘피펫 노예’라는 속칭이 있을 정도다. AI와 로봇을 조합해 이러한 번거로운 작업을 대체할 수 있다면, 연구자는 연구 아이디어에만 집중할 수 있다.

2000대의 로봇으로 실험을 집약하는 로봇 센터 구상 역시 연구자들을 아이디어 도출이나 고찰에 집중시키고자 하는 의도가 깔려 있다. 나카야마 센터장은 “피펫 노예가 되기 싫어서 젊은 연구자들이 들어오지 않던 시대도 바뀔 것이다. 아이디어를 로봇 센터로 보내면 자동으로 실험을 수행하고, 결과 데이터를 연구자에게 돌려주는 세상을 만들고 싶다. 실험 과학의 산업혁명을 일으켜 세계 최고의 과학력을 되찾겠다”라고 강조했다.

-- 세포 배양이나 게놈 실험 등, 장비 배치에 따라 상이한 역할 --
로봇미래창조센터는 이미 가동 중이며, 10대의 로봇 중 7대의 마호로가 신약 개발이나 암 등의 바이오 연구에 종사하고 있다. 역할에 따라 로봇과 관련된 주변 장치들을 하나로 묶은 ‘셀(Cell)’을 구축하고 있다.

예를 들어 ‘세포 배양’에 특화된 셀의 경우, 대형 인큐베이터를 로봇 주변에 배치했다. 6~24개의 홈이 파인 멀티웰 플레이트(세포배양용 다공 플레이트) 120장을 사용해 배양할 수 있다고 한다. 그 외에도 ‘게놈 실험’이라면 PCR 검사용 장비나 현미경을, ‘샘플 조제’라면 원심분리기 등을 로봇 주변에 설치하였다.

구성 장비를 바꾸어 로봇의 역할에 다양성을 부여하는 이유는 세부적인 요구에 대응하기 위해서다. “분석은 따로 할 테니 세포 배양만 자동화하고 싶다”, “우선은 어찌 됐든 샘플 양을 늘리고 싶다”와 같은 요구에, 특화된 로봇으로 대응한다. 물론 세포 배양과 게놈 실험을 모두 담당하는 ‘하이브리드’ 셀도 있어, “배양부터 게놈 실험까지 한 번에 끝내고 싶다”는 요구에도 대응할 수 있다.

로봇을 이용한 완전 자동화는 아직 진행 중이다. 폐액 처리나 소모품 보충 등 셀 내부에서 로봇을 보조하는 작업에는 아직 사람의 손길이 남아있다. 이 자동화에 대해서도 휴머노이드 로봇 등으로 대체할 수 있을 것으로 보고, 로봇 구매를 검토하고 있다고 한다.

-- 끝 --

Copyright © 2026 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.