[메디먼트뉴스 양경모 기자] 일본 연구진이 인공지능(AI)을 이용해 물이 가진 기이한 성질의 비밀을 푸는 데 성공했다.
오사카대학교 연구팀은 AI를 활용해 과냉각 상태 물의 분자 구조를 설명하는 체계적인 틀을 평가했다고 6일(현지시간) 밝혔다. 이 연구 결과는 국제학술지 '커뮤니케이션즈 케미스트리'에 게재됐다.
물은 얼면서 부피가 팽창하는 등 다른 액체와 구별되는 특이한 성질을 보인다. 이러한 현상은 온도와 압력에 따른 미시적 구조 변화와 관련이 있는 것으로 알려져 있다.
특히 물이 어는점 이하에서도 얼지 않는 '과냉각' 상태가 되면 이러한 특이성은 더욱 두드러진다. 과학계는 이 현상을 고밀도 액체(HDL)와 저밀도 액체(LDL)라는 두 경쟁 상태 간의 전환으로 설명해왔다.
지금까지 물의 국소적 구조를 규명하기 위해 사면체 결합 순서, 국소 밀도 등 다양한 구조 설명 지표가 제안됐지만, 이들을 체계적으로 비교하고 상대적 중요성을 평가하기는 어려웠다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 신경망 AI 모델을 도입했다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 얻은 과냉각수 구조 데이터를 AI에 입력해, AI가 시행착오를 통해 데이터 패턴을 학습하도록 했다.
연구를 이끈 김강 교수는 "AI는 학습한 내용을 바탕으로 16개의 각기 다른 구조 지표가 서로 다른 온도에서 고밀도·저밀도 구조를 얼마나 잘 구별하는지 비교했다"며 "이를 통해 가장 효율적인 지표를 결정할 수 있었다"고 설명했다.
이번 연구 결과는 물의 구조적 변동과 열역학적 상태 사이의 관계를 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다. 또한 물의 특이한 성질이 어디서 비롯되는지 파악하고, 더 향상된 구조 설명 지표를 개발하는 데 도움이 될 전망이다.
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