부산대, 사람 눈처럼 스스로 신호 키우고 기억하는 ‘인공 망막’ 개발

인간 망막의 신경 신호 전달 모사
감지와 동시에 신호 증폭 및 기억
기존 센서 대비 데이터 병목 해결
자율주행·로봇 비전 활용 기대

심현석 교수 연구팀이 개발한 캐스케이드 광-전 시냅스 소자의 구조도와 메커니즘을 나타낸 이미지로, 인간 망막의 신경 신호 전달 방식을 모사해 빛 감지와 신호 증폭 및 기억 기능을 동시에 수행하는 원리를 보여주고 있다./부산대 제공

국내 연구진이 사람의 눈처럼 시각 정보를 감지함과 동시에 스스로 신호를 증폭하고 기억까지 할 수 있는 획기적인 이미지 센서 기술을 선보였다.

부산대학교는 전기전자공학부 심현석 교수 국제공동연구팀이 인간의 시각 경로를 모사해 '보고-처리하고-기억하는' 기능을 하나의 구조에서 동시에 수행하는 차세대 곡면형 뉴로모픽 이미징 소자를 개발했다고 20일 밝혔다.

이번 연구는 기존 카메라 센서가 감지와 처리·기억 기능이 분리돼 있어 발생했던 과도한 전력 소모와 데이터 병목 현상을 극복할 수 있는 핵심 기술로 평가받는다.

연구팀은 실리콘 태양전지와 전해질 기반 시냅스 트랜지스터를 직렬로 연결한 '캐스케이드(cascade)' 구조를 통해 인간 망막의 시냅스 촉진 특성을 높은 수준으로 구현했다.

특히 태양전지가 빛을 전기 신호로 변환하면 이 신호가 다시 시냅스 트랜지스터의 입력값으로 사용되는 방식을 채택했다.

이 과정에서 짧은 간격의 자극이 누적돼 반응이 커지는 PPF 현상을 자연스럽게 포함해, 생물학적 시냅스와 유사한 시간적 누적 효과와 신호 전처리 기능을 실현했다.

또한 연구팀은 절개와 접기 기술인 '키리가미(kirigami)' 구조 설계를 적용해 사람의 눈과 유사한 곡률을 가진 곡면 뉴로모픽 이미저를 제작함으로써 실제 시각 시스템과의 유사성을 높였다.

실험 결과, 기존 단일 시냅스 소자보다 신호 증폭률과 기억 특성이 크게 향상됐으며, 뉴로모픽 학습의 정확도 또한 개선됨을 입증했다.

이번 연구에는 한국을 포함해 미국, 중국, 홍콩 등 글로벌 연구진이 대거 참여했다. 개발된 기술은 향후 차세대 인공지능(AI) 카메라, 자율주행 자동차, 로봇 비전, 인공 시각 보조 장치 등 저전력·고효율이 요구되는 다양한 비전 플랫폼 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

심현석 부산대 교수는 "이번 연구는 소자 구조와 신호 전달 방식을 통합 설계해 인간의 시각 경로와 유사한 전자 시스템 구현에 한 걸음 더 다가선 성과"라고 설명했다.

한편, 이번 연구 논문은 세계적 학술지 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)' 온라인판 1월 7일자에 게재됐다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@