아이작 뉴턴이 정립한 '운동법칙'과 같은 과학법칙을 인공지능(AI)이 발견하는 시대가 열릴 가능성이 제기되고 있다.

22일 과학 학술지 네이처(Nature) 등에 따르면 중국 베이징대의 물리학자 옌칭 마 교수 연구팀은 물리 법칙을 발견할 수 있는 AI 시스템 'AI-뉴턴'을 개발했다.

'AI-뉴턴'의 가장 큰 특징은 '뉴턴의 제2 법칙'과 같은 물리학의 근본 원리를 스스로 발견할 수 있는 능력을 갖췄다는 것이다.

기존 AI 모델은 데이터 패턴을 파악하고 예측할 수 있지만 중력 법칙과 같은 광범위한 과학적 개념을 직접 도출하는 것은 어려웠다. 하지만 마 교수 연구팀은 'AI-뉴턴'이 이러한 한계에서 벗어나 물리 법칙 등을 발견할 수 있다고 설명했다.

베이징대 연구팀은 시뮬레이터를 사용해 공과 스프링의 자유 운동, 물체 간 충돌, 진동 및 진자 운동 등을 나타내는 46개의 물리 실험 데이터를 생성했다. 시뮬레이터에는 실제 데이터와 비슷하게 만들기 위해 통계적 오류도 의도적으로 포함시켰다.

이후 연구팀은 'AI-뉴턴'에게 특정 시점에서 공의 위치와 관련된 정보를 주고 시간과 위치를 설명할 수 있는 수학 방정식을 도출할 것을 요구했다.

그 결과 'AI-뉴턴'은 속도와 관련된 방정식을 도출할 수 있었다. 그리고 이 지식을 기반 지식으로 습득한 'AI-뉴턴'은 뉴턴의 제2법칙을 활용해 공의 질량을 유추하는 데 성공했다.

마 교수 연구팀은 'AI-뉴턴'이 개념과 법칙과 관련한 지식 기반을 점진적으로 구축하는 등 인간의 과학 탐구 과정을 모방하고 있다고 설명했다. 사전 프로그래밍 없이도 AI가 스스로 유용한 개념을 식별하는 등 과학적 통찰력을 발견할 수 있다는 것이다.

키온 바파 하버드대 교수는 'AI-뉴턴'이 '기호 회귀 분석(Symbolic Regression)'이라는 접근법을 사용한다고 설명했다. '기호 회귀 분석'은 특정 현상을 수학적으로 가장 잘 설명할 수 있는 공식을 찾는 것이다.

바파 교수는 "시스템이 개념을 추론하도록 프로그래밍이 됐기에 과학적 발견에 유망한 방법"이라고 설명했다.

다만 과학자들은 미래에 AI 모델이 과학법칙을 도출하는 데 유용할 것으로 예상하고 있다.

하지만 AI모델이 자발적으로 과학법칙을 발견하기 위해서는 문제 식별, 실험 계획, 데이터 수집 및 분석, 가설 설정 등 과학 연구 전반의 과정을 수행할 수 있는 단계까지 발전해야 한다고 보고 있다.

yjra@news1.kr