'AI·로봇'이 신약개발 한다…과기부, '자율실험실' 실증 착수

(사진=과학기술정보통신부)

[이데일리 한광범 기자] AI와 로봇이 주도하는 첨단바이오 자율실험실이 본격적으로 구축되며 실증 사업에 착수했다.

과학기술정보통신부는 가톨릭대학교 서울성모병원 옴니버스파크에서 ‘AI-네이티브 첨단바이오 자율실험실 구축 사업’ 착수보고회를 개최했다고 11일 밝혔다. 이번 사업은 정부의 ‘K-문샷 신약개발 가속화’ 미션을 달성하기 위한 핵심 인프라 구축을 목표로 한다.

그동안의 바이오 연구는 대규모 반복 실험과 데이터 기반 학습의 중요성이 커졌음에도 연구자의 수작업에 의존해 낮은 재현성과 높은 비용, 긴 연구 기간이라는 한계가 있었다. 이번에 추진되는 자율실험실은 AI가 실험을 설계하고 로봇이 수행한 뒤 결과를 다시 학습하는 ‘폐쇄루프(Closed-loop)’ 형태를 구현해 바이오 연구의 병목 구간을 개선할 방침이다.

정부는 2026년부터 2028년까지 총 495억원을 투입해 범용 자율실험실 1개와 특화 자율실험실 5개를 구축한다. 단순한 실험 자동화를 넘어 AI 기반 가상화실험실(Virtual Lab), 자동제어 기술 등을 결합해 신약개발 기간과 비용을 획기적으로 단축한다는 전략이다.

단계별 공통 목표에 따라 사업은 2단계로 나뉘어 추진된다. 1단계(‘26~’27년)에는 범용·특화 바이오 실험의 병목 프로세스를 정의하고, 로보틱스 기반 자동화 요소기술과 시스템 설계 및 AI 기반 버추얼랩 기술을 개발해 프로토타입을 구축한다. 2단계(2028년)에는 최소 2개 이상의 프로세스나 워크플로가 연동되는 자율실험실을 구축·검증하고, 대규모 반복실험을 통한 데이터 생산과 바이오 문제 해소 검증에 집중한다.

이번 사업에 선정된 분야별 연구과제 중 범용 분야 주관기관인 가톨릭대는 ‘K-Cell 범용 자율실험실 플랫폼’ 구축을 추진한다. 범용 바이오 실험·공정 프로세스를 세포 준비, 접종, 분화, 배양, 분석 및 판정 등 전주기 단계로 세분화해 병목을 해소할 계획이다. 특히 iPSC(유도만능줄기세포) 및 i-MSC(중간엽줄기세포) 분화 실험, 연골 스페로이드/오가노이드 분화 및 제조 실험 등 2건 이상의 표준 실험 모델 데이터 품질 기준을 수립하고, VQA(시각질의응답) 및 강화학습 기반 최적화 AI 모델을 개발한다.

특화 분야에서는 5개 기관이 각 영역별 플랫폼 구축에 나선다. DGIST는 ‘지능형 세포기반 액체생검(Biopsy 2.0) 자율실험실’을 통해 혈액 속 암세포(CTC) 분리·검사 자동화 및 탐지·정밀 분석 기술을 개발하며 전과정 자동 운영 체계를 구축한다. KAIST는 미래 감염병(Disease X) 선제대응을 목표로 백신 항체 및 치료제의 신속한 확보를 위해 DNA, 단백질, 세포 단위의 자동화 핵심 하드웨어 모듈을 제작하고 다중 설비 연계 통합시스템을 개발한다.

POSTECH은 무세포 시스템 기반 고속 효소 생산과 형광·라만 기반 초병렬 효소 활성 평가 기술을 바탕으로 한 ‘AI 네이티브 초병렬 효소 개량 자율실험실’을 구축한다. 고려대학교는 최적의 유전자 전달체를 설계하는 AI 기술과 함께 사람을 대신해 실험을 수행하는 휴머노이드 로봇 개발을 포함한 지능형 자율실험실 플랫폼을 구축할 예정이다. 끝으로 UNIST는 교모세포종(GBM) 오가노이드 생산·배양 자동화 및 나노약물 생산 자동화를 바탕으로, 멀티 오가노이드 온칩 기반 자동 병리 분석 워크플로와 약물반응 예측 AI를 개발할 방침이다.

오대현 과기정통부 미래전략기술정책관은 “AI와 로보틱스가 결합한 자율실험실은 바이오 연구개발 패러다임을 근본적으로 바꾸는 게임체인저가 될 것”이라며 “정부는 K-문샷 신약개발 가속화 미션의 핵심 인프라로서 AI-네이티브 자율실험실을 전략적으로 육성하여 신약개발 생산성을 높이고, AI 바이오 혁신연구거점, 국가바이오데이터 플랫폼(K-BDS) 등 관련 사업과의 연계를 강화해 AI 기반 바이오 연구 혁신 생태계를 조성해 나가겠다”고 밝혔다.