아주대, 인간 생체 시각 모사한 광 신경 소자 개발

[이데일리 신하영 기자] 국내 연구진이 인간 생체 시각을 모사해 자외선 영역의 광 데이터를 판별하는 지능형 광신경 소자를 개발했다.

사진=아주대 제공

아주대는 서형탁(사진) 첨단신소재공학과 교수팀이 쿠마 모히트((Kumar Mohit) 대학원 에너지시스템공학과 교수팀과의 공동 연구에서 이런 성과를 거뒀다고 29일 밝혔다. 이번 연구에는 대학원 석사과정의 김준모·김지수 학생이 참여했다. 연구 결과는 저명 국제학술지(Nano Energy) 1월 온라인판에 게재됐다.

인간의 시각 인지 시스템은 실시간으로 광학 신호를 감지하고 포착, 자극의 세기나 반복에 따라 광신호를 차별적으로 인식한다. 또한 수용된 정보를 장·단기로 선택 저장할 뿐만 아니라 정보의 중요성을 판단하는 능력도 갖고 있다. 이는 광학 정보를 포착, 광전 변환을 통해 적절한 크기의 전기 스파이크로 인코딩하는 경로로 이루어진다. 해당 정보는 뇌의 시각 피질로 전송돼 생체 시냅스의 네트워크에 저장된다.

이러한 생체 시각 인지 방식을 모사해 소자화하게 되면 CCTV 등의 기기를 통한 지능형 시각 정보 처리가 가능해진다. 그러나 현재의 기술 수준에선 광 센서·정보를 저장하는 메모리 소자가 분리돼 있으며, 광 신호의 의미를 파악하기 위한 신호 처리 소자도 별도로 필요하다.

아주대 연구팀은 기존 기술의 한계를 극복하기 위해 차세대 고전력·고신뢰성 반도체 소재로 연구되고 있는 갈륨 산화물(Ga2O3)에 주목했다. 최근 활용도가 높아지고 있는 자외선 기반 지능형 광센서를 통합 구현하기 위해서다.

서형탁 교수는 “현재 기술 수준에서 인간의 시각 인지 시스템을 집적회로 소자로 구현하기 위해서는 굉장히 복잡한 구조의 설계가 필요하다”며 “이에 이번 연구를 통해 대표적인 고신뢰성 차세대 전력 반도체 소재인 갈륨산화물을 이용, 소자 레벨에서 보다 단순화된 메모리 통합형 광 센서를 개발해낸 것이 매우 의미 있는 성과”라고 말했다.

서 교수는 이어 “이번에 개발한 광 신경 소자는 앞으로 자외선 영역의 인공지능형 광인지 시스템 개발에 활용될 수 있을 것”이라며 “추가 연구와 개발을 통해 궁극적으로는 지능형 화재 감지를 비롯한 안전 분야와 의료, 자외선을 이용한 소재 합성이나 오존 살균 장치 등의 분야에서 널리 활용이 가능할 전망”이라고 덧붙였다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 주관 PIM인공지능반도체핵심기술개발사업과 중견 기초연구사업의 지원을 받아 수행했다.