다물리시스템 해석공학연구실 MATLAB AI Challenge 우승

공과대학 기계공학부의 다물리시스템 해석공학연구실(지도교수 이은호)의 학부연구생과 대학원생으로 이루어진 UTS(User-friendly Topology Simulator) Team [정영찬(기계공학부), 박정현(기계공학부), 김태현(지능형팹테크융합전공 대학원)]은 인공지능을 활용하여 산업계에서 쉽게 사용할 수 있는 "Topology Optimization Simulator" 개발 프로젝트를 진행하였으며, 이를 바탕으로 2021년 7월 1일~8월 30일 MATLAB Korea 주관으로 진행하였던 MATLAB 대학생 AI Challenge에서 2021년 10월 20일에 우승을 차지했다.

해당 프로젝트의 주제 Topology Optimization Simulator에서 Topology Optimization은 위상 물체의 형상을 경량화시키면서도 강성을 유지하는 좋은 디자인 방법론이지만, 전문 지식과 긴 해석 시간이 소요되기 때문에 관련분야 전공자 외엔 접근하기에 힘든 단점이 있다. 이러한 이유로 UTS team은 MATLAB 기반의 GUI에 원하는 형상을 입력해주면, 학습된 딥러닝 모델을 포함한 알고리즘을 통해 위상 최적화된 Image를 제공해 주는 프로그램을 개발하였다. 이를 통해 전공자가 아니더라도 쉽고 편리하게 위상 최적화를 시도할 수 있다.

본 프로그램에서 모델의 정확도 향상을 위해 딥러닝 네트워크를 ResUNet 2개, UNet1개, 즉 3가지로 나누어서 구성하는 새로운 시도를 통해 딥러닝 모델을 구축하여, 첫번째 ResUNet을 통해 응력 분포를 예측하고, 두번째 ResUNet을 통해 위상 최적화를 진행하고, 마지막으로 U-Net을 이용하여 이미지의 해상도를 향상 시켰다.

이러한 Simulator 기술을 2D를 넘어 3D에도 적용될 수 있도록 확장시켜 나간다면, 실제 산업에도 크게 도움이 될 수 있는 전망하며, 추후 이은호교수 연구팀은 인공지능을 활용한 위상최적화 모델이 소성변형까지 고려할 수 있도록 연구를 지속적으로 발전시킬 계획이다.