우리 실험실은요!
글 | 한다빈(광주과학기술원, 화학과, hdb47020652@gm.gist.ac.kr)
컴퓨터와 화학, 그리고 양자
저희 연구실은 2022년 GIST에서 연구실을 열어서 컴퓨터를 이용한 화학 연구를 진행하고 있습니다. 세부 연구 분야는‘인공 지능 활용’과‘분자 동역학 방법 개발과 전산 모사’,‘양자 화학 계산’입니다. 인공지능 활용 부분에서 저희는 화학 분야에서 생성 되는 실험 혹은 계산 데이터를 활용해서 사람이 찾기 어려운 숨겨진 규칙을 찾는 연구를 진행하고 있습니다. 화학 분야에서 고품질 데이터를 얻는 데 많은 노력이 필요하기 때문에 적은 수의 데이터 에서 의미 있는 결과를 만들어내는 연구에 관심이 많습니다. 현재 구성원이 대부분 화학을 전공했기 때문에 화학 지식을 활용하는 방법 개발에 집중하고 있습니다. 두 번째 연구 주제인 분자 동역학과 관련해서는 양자-고전 혼합 분자 동역학 방법을 개발하는 연구와 기존 양자 분자 동역학 방법을 응용하는 연구가 진행되고 있습니다. 양자-고전 혼합 분자 동역학은 고전역학과 양자역학을 모두 이용하는 흥미로운 방법인데, 현재 양자 시뮬레이터에서 활용 가능한 방법을 만드는 연구가 진행되고 있습니다. 저희 연구실 이 름에‘양자’를 넣은 것은 향후 양자 화학과 양자 시뮬레이터라는 두 주제를 모두 고려했기 때문입니다. 저희 연구팀은 기존 분자 동역학 방법 또한 주어진 열역학 조건에서 시간에 따라 움직이는 분자 혹은 소재를 전산모사하는 데 이용하고 있습니다. 저희 연구팀이 새로운 방법을 만들어서 실험 현상을 설명할 수 있을만한 크기를 가진 분자와 소재를 전산모사하기까지 많은 시간이 소요되겠지만, 꾸준히 연구를 진행하고 있습니다. 마지막으로 양자 화학 계산 부분에서는 밀도 범함수 이론 등을 이용해 화학 현상을 설명 하는 연구를 진행하고 있습니다. 실험 그룹과 협력 연구를 통해 폭넓게 화학을 이해할 수 있도록 도와주는 연구 주제입니다. 앞으로 학생들이 졸업해서 취업을 했을 때 계산 화학 지식을 바탕으로 여러 연구자들과 협력을 할 수 있도록 준비하고 있습니다.
그림 1. 연구 분야 소개 (왼쪽부터 인공지능 활용, 분자동역학 전산모사, 양자화학 계산)
저희 연구실은 현재 석사과정 학생 4명과 학부생 인턴 3명으로 구성되어 있습니다. 양자 시뮬레이터 활용, 촉매 소재 물성 계산 및 최적화, 기계학습 응용 신약 개발 등에 관심있는 학생들이 함께 생활하고 있습니다. 김현우 교수님의 지도하에 우수한 학생들이 모여 연구에 매진하고 있습니다. 매학기 새로운 수업을 개설하고 공부하는 지도교수님을 보며 저희 연구실 구성원들도 대학원에 진학해서 새롭게 접하는 분야에 도전하고 있습니다. 규모가 작은 신생 연구실이라는 점을 활용해서 지도교수님은 매주 개인 미팅으로 연구 진행 상황을 확인하고 있습니다. 학생들 모두 개인 관심사에 따라 두 가지 연구 주제를 선택할 수 있기 때문에 졸업 후 변화하는 연구 환경에서 장점을 살릴 수 있을 것으로 기대됩니다. 지도 교수님이 쌓았던 연구 경험 중에서 학생들이 배우고 싶은 부분을 선택할 수 있다는 점이 이 연구실이 가진 매력이라 생각됩니다. 매주 진행되는 그룹 미팅은 격주로 최신 연구 동향 파악을 위한 논문 읽기와 계산 화학 공부로 기초를 다지고 최신 연구를 배우는 시간입니다.
연구실 생활
저희 연구실이 자랑할 수 있는 부분은 소소한 행복이 있는 연구 환경이라 생각합니다. 저희 연구실 구성원은 책상과 의자, 개인 연구용 컴퓨터를 하나씩 이용하고 있습니다. 실험실보다는 사무실에 가까운 환경이 이론 및 계산화학을 선택했을 때 장점 중에 하나라고 생각됩니다. 연구실 중앙에는 대화가 가능한 테이블이 있고, 작은 세면대도 있습니다. 연구 공간 한 켠에는 회의실 겸 탕비실이 있습니다. 다과를 즐길 수 있게 과자와 차가 준비되어 있습니다. 한 켠에 거대한 화이트보드가 있어서 낙서를 할 수도 있고 아이디어를 적어가며 이야기할 수도 있습니다. 저희 연구실에는 작은 서버실이 있습니다. 큰 규모로 계산을 할 때는 외부 자원을 활용하는 것이 필요하겠지만, 저희 연구 팀이 개발한 방법 검증과 다른 연구팀과 공동 연구를 저희 서버실에서 진행할 수 있습니다.
저희 연구실에서는 국내 기업이 만든 협업 도구를 이용해서 일상과 업무를 분리하려 노력합니다. 많은 사람들이 쓰는 모바일 메신저 앱은 일상에서만 이용하고, 업무는 주로 협업 도구를 이용해서 진행 합니다. 개인 연구 진행 상황이나 앞으로 할 일을 지도교수님과 상의하며 연구실 생활을 하고 있습니다.
그림 2. 연구실 환경 (왼쪽부터 연구실, 휴게실, 서버실)
스스로 행복을 찾는 삶
교수님 오피스 한 켠에는 화학책들 외에도 식물들이 자라고 있습니다. 식물이 마음을 쉬게 해주는 효과가 있다고 합니다. 연구 과정에서 좌절하는 순간도 있고, 스스로 통제할 수 없는 문제에 휘말려서 정신건강에 압박을 받는 시점이 있습니다. 이때 해결책으로 대학원 시절 교수님이 찾은 방법은 식물을 키우는 것이었다고 합니다. 삶이 힘들어서 찾아온 대학원생에게 식물 키우기 등 취미 생활에 대해 지도 교수님 이 조언해준 일도 있었습니다.
교수님 책장에는 초록 색상의 추상화가 자리잡고 있습니다. 추상화가 정물화보다 창의력을 기르는 데 도움이 된다고 하는데, 나중에 저희 연구실만 할 수 있는 연구 주제가 생긴다면 이 그림이 얼마나 유용했는지 알 수 있겠습니다.
저희 그룹은 단체 활동을 최소한으로 진행합니다. 지도교수님이 내향적인 성격을 가진 영향이 큽니다. 새로운 구성원이 와서 회식을 하더라도 가능한 점심 시간을 활용해서 저녁 이후에 개인 시간을 충분히 활용할 수 있는 환경을 만들고 있습니다. 연구실에 있는 시간만큼은 연구에 집중하기를 바라는 지도교수님 생각이 반영된 결과입니다. 학생들끼리도 서로 친목을 도모하는 시간을 마련하여 서로를 이해하며 연구실 생활을 하고 있습니다.
맺는 글
과연 5년 후에 저희 연구실 구성원은 어디에서 어떤 일을 하고 있을까요? 교수님도 본인이 앞으로 5년 뒤에 어떤 삶을 살고 있을지 모르겠다고 하십니다. 아마 다들 불확실한 미래에서 현재 최선으로 보이는 선택을 하며 앞으로 나아갈 것입니다. 저희 연구실에서 함께 보냈던 시간이 뒤돌아 봤을 때 그리운 시절이 될 수 있기를 바라며 이 글을 마칩니다.
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