초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 딥러닝, 강화학습 등을 함께 적용하는 퓨전 인공지능(Fusion AI) 기술을 이용하여 구조물의 비선형 지진응답을 정확히 예측하고 이를 효과적으로 저감시킬 수 있는 차세대 지진응답 저감기술의 개발을 최종 연구목표로 한다. 이를 위해 딥러닝(Deep Learning)을 활용하여 스마트 감쇠기가 설치된 구조물의 비선형 지진응답을 예측할 수 있는 심층 신경망모델을 개발하고, 강화학습(Reinforcement Learning)을 통하여 감쇠장치와 구조물을 동시에 최적설계할 수 있는 기술을 개발한다. 다양한 지진

□ 연구개요
본 연구는 딥러닝, 강화학습 등을 함께 적용하는 퓨전 인공지능(Fusion AI) 기술을 이용하여 구조물의 비선형 지진응답을 정확히 예측하고 이를 효과적으로 저감시킬 수 있는 차세대 지진응답 저감기술의 개발을 최종 연구목표로 한다. 이를 위해 딥러닝(Deep Learning)을 활용하여 스마트 감쇠기가 설치된 구조물의 비선형 지진응답을 예측할 수 있는 심층 신경망모델을 개발하고, 강화학습(Reinforcement Learning)을 통하여 감쇠장치와 구조물을 동시에 최적설계할 수 있는 기술을 개발한다. 다양한 지진 하중에 대해 인공지능이 스스로 학습(Self-supervised Learning)하여 스마트 구조제어 시스템을 위한 최적 제어알고리즘을 자동생성하는 기술을 개발한다. 개발된 AI 핵심 요소기술들을 융합하여 지진응답제어 및 제진설계를 위해 커스터마이징된 퓨전 인공지능(Fusion AI)을 구성하고 구조물, 스마트 구조제어시스템 및 컨트롤러를 동시에 고려할 수 있는 통합 최적설계시스템을 개발한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구를 통하여 연구 목표대비 다음과 같은 연구결과를 얻었다.
1) 건축물의 비선형 지진응답 예측을 위한 딥러닝기반 심층신경망모델 개발
• 스마트 TMD, 스마트 중간층 면진시스템과 같은 스마트 구조제어장치가 설치된 구조물을 예제로 구성하여 구조물과 스마트 구조제어장치의 상호작용을 고려한 비선형 지진응답을 예측할 수 있는 심층신경망모델을 개발하였고 정확성과 해석의 효율성을 검증하였다.
2) 강화학습기반 스마트 구조제어알고리즘 및 제어장치와 구조물 최적설계안 생성기술 개발
• 스마트 제어장치가 설치된 구조물의 지진응답 저감을 위한 스마트 제어알고리즘을 강화학습을 이용하여 개발하였다. 또한 구조물 및 스마트 제어장치 최적설계를 위하여 구조물의 특성치와 감쇠기의 설치위치 및 설계변수 최적화에 적용할 수 있는 강화학습 agent를 개발하고 성능을 검증하였다.
3) 퓨전 인공지능(지도학습, 강화학습)을 이용한 스마트 지진응답 저감시스템 최적설계
• 구조물과 스마트 지진응답 저감시스템의 상호작용을 고려한 비선형 지진응답 예측에는 지도학습을 이용한 심층 신경망모델을 사용하고 스마트 구조제어 알고리즘 및 최적 설계에는 강화학습을 적용한 퓨전 인공지능 기반 최적설계 시스템을 개발하였다.
4) 최신 인공지능을 이용한 구조물 최적설계시스템 개발
• 구조물 설계에 강화학습을 적용하기에는 설계변수의 선택범위가 넓기 때문에 일반적으로 사용되는 알고리즘을 사용하기에 부적절하다. 이에 인공지능 분야의 최신의 기술인 다중 에이전트 DDQN 강화학습 알고리즘을 사용하여 구조물 최적설계시스템을 개발하였다. 개발된 시스템의 결과물은 실무에서 활용할 수 있을 정도의 구체성과 효율성이 있음을 확인하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
• 본 연구과제는 최신의 인공지능 기술을 융합한 퓨전 인공지능 기술을 활용하여 구조물의 지진응답 저감기술을 개발하였다. 이 과정에서 개발한 딥러닝 기반의 비선형 지진응답 예측모델, 강화학습기반 스마트 구조제어알고리즘 및 제어장치와 구조물 최적설계안 생성기술, 퓨전 인공지능을 이용한 스마트 지진응답 저감시스템 최적설계 기술, 최신 인공지능을 이용한 구조물 최적설계시스템은 국내외적으로 매우 초기 연구단계에 있고 부분적으로는 세계 최초로 시도된 연구내용이 있으므로 해당 분야의 혁신적인 변화의 초석이 될 수 있을 것으로 기대된다.
• 본 연구과제에서는 구조물과 스마트 제어시스템을 활용한 지진응답 저감기술에 인공지능을 활용하는 것을 주된 목표로 하지만 본 과제를 통하여 얻은 연구성과를 설계자동화, 위상 및 형상 최적화, 건전도 모니터링, 구조시스템 식별 등을 포함한 전반적인 구조공학분야에 확대하여 적용시킬 수 있을 것으로 판단된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 건축물의 비선형 지진응답 예측을 위한 딥러닝기반 심층신경망모델 개발 ... 5
• 2) 강화학습기반 스마트 구조제어알고리즘 및 제어장치와 구조물 최적설계안 생성기술 개발 ... 7
• 3) 퓨전 인공지능(지도학습, 강화학습)을 이용한 스마트 지진응답 저감시스템 최적설계 ... 11
• 4) 최신 인공지능을 이용한 구조물 최적설계시스템 개발 ... 14
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 20
• 끝페이지 ... 39