중국 상하이교통대 연구진이 개발한 AI 자율실험실 ‘오토DNA(AutoDNA)’. AI가 로봇 팔과 20종 이상의 실험 장비를 제어해 DNA 합성과 염기서열 분석 등 복잡한 생명과학 실험을 수행한다. /상하이교통대·네이처 과학자가 인공지능(AI)에 실험을 지시하자 AI가 스스로 실험 방법을 짜고 로봇 팔과 각종 장비를 움직였다. 특히 DNA에 정보를 저장하고 다시 읽어내는 실험에서는 203시간 동안 1만1382단계의 작업을 수행했다. 사람이 중간중간 실험 재료를 보충해 줬지만, 실험 계획부터 장비 조작과 결과 분석까지 대부분 AI가 맡았다. 중국 상하이교통대 연구진은 이처럼 연구자의 지시에 따라 실험을 설계하고 실행하는 ‘오토DNA’를 개발했다고 5일 국제학술지 네이처에 발표했다. 장비 20여 종을 연결해 DNA 합성부터 유전자 변이 분석까지 스스로 실험을 수행하는 ‘AI 과학자’ 시스템이다. ◇AI가 실험 설계하고 로봇 팔까지 움직여 지금까지 과학 연구에 활용되는 AI는 주로 논문을 분석하거나 실험 방법을 제안하는 역할을 맡았다. AI가 로봇을 움직여 실험하는 자율실험실도 개발됐지만, 대부분 미리 정해진 절차에 따라 특정 실험을 수행하는 방식이었다. 이번 연구진은 구글 제미나이 2.5 프로를 기반으로 역할이 다른 여러 AI 에이전트를 구성해 ‘오토DNA’를 만들었다. 논문을 검색하는 AI, 실험 절차를 설계하는 AI, 시약을 관리하는 AI, 장비를 제어하는 AI가 서로 협력하는 방식이다. 온라인 릴게임 전체 실험을 지휘하는 AI가 작업을 나눠주고 각 단계의 결과에 따라 다음 작업을 결정한다. 실제 DNA 합성 실험에서 AI는 반응 시간과 시약 농도, 세척 방법 등을 스스로 바꿔가며 실험을 반복했다. 이를 통해 DNA 염기를 하나씩 연결하는 과정의 성공률을 평균 97.8%까지 끌어올렸다. 숙련된 연구자가 실험 조건을 최적화했을 때와 비슷한 수준이다. 작업 효율도 높아졌다. 여러 DNA 합성 실험을 순서대로 수행하면 평균 1433분이 걸리는데, AI가 실험 장비의 작업 순서를 조정해 동시에 진행하자 454분으로 단축됐다. 전체 처리 속도가 약 3.2배 빨라진 것이다. 중국 상하이교통대 연구진이 개발한 AI 과학자 시스템 '오토DNA' 작동 원리. /네이처, AI 가공 이미지 ◇영어 문장도 DNA에 저장하고 복원 가장 복잡한 실험은 DNA에 디지털 정보를 저장하는 작업이었다. 컴퓨터가 정보를 0과 1로 기록하듯, DNA는 A·T·G·C라는 네 종류의 염기로 정보를 기록할 수 있다. 연구진이 ‘지능이란 변화에 적응하는 능력이다’라는 영어 문장을 DNA에 저장하라고 지시하자, AI는 이 문장을 A·T·G·C의 배열로 바꾸고, 그 순서대로 염기를 연결해 실제 DNA 가닥 78개를 만들었다. 이후 DNA의 염기 배열을 다시 읽어 원래 영어 문장을 정확하게 복원했다. 특히 AI는 사람이 명령하지 않은 작업도 스스로 판단했다. 모바일 바다이야기공략법 핵산 검사 과정에서 시료가 증발하지 않도록 반응 용기의 뚜껑을 닫는 절차를 추가한 것이다. 특정 장비가 다른 실험에 사용되고 있을 때는 같은 기능을 가진 다른 장비를 활용하도록 프로그램을 수정하기도 했다. 미국 스탠퍼드대 제임스 저우 교수는 네이처 논평을 통해 이번 연구가 AI의 실험 구상과 실제 수행 사이의 간극을 줄일 가능성을 보여줬다고 평가했다. 다만 아직 완전한 무인 연구실은 아니다. 실험 중 장비 오류가 14차례 발생했는데, AI가 스스로 해결한 것은 8차례였고 나머지 6차례는 사람의 도움이 필요했다. 과학계는 실험의 재현성과 장비 운용의 안전성을 높이고, 위험한 생물학 실험을 통제할 장치가 필요하다고 지적한다. ◇한국도 AI 과학자 개발 추진…2035년 완성이 목표 중국이 실제 생명과학 실험을 수행하는 AI 시스템을 선보인 가운데 한국 정부도 연구 전체 과정을 자율적으로 수행하는 ‘AI 과학자’ 개발에 나섰다. 과학기술정보통신부는 국가 연구개발 프로젝트 ‘K-문샷’을 통해 2035년까지 가설 설정부터 실험 설계와 검증, 결과 분석, 연구성과 도출에 이르는 과정을 AI가 자율적으로 수행하도록 한다는 목표를 세웠다. 다만 출발 과정에서 진통을 겪었다. 지난 5월 위촉된 AI 과학자 미션의 초대 책임자가 겸직 논란 끝에 물러나면서 시작부터 차질을 빚었다. 과기정통부는 지난 9월 말에야 새 책임자를 세웠다. AI 기반 자율실험실 연구센터를 구축하는 사업도 추진하고 있다. 올해 신규 공모에서는 비수도권 대학을 대상으로 연간 최대 10억원을 6년간 지원하는 계획을 밝혔다. DNA에 디지털 정