삼성이 지원한 'AI 센서'·'인공항체' 연구, 최상위 학술지 실려

[이데일리 신중섭 기자] 삼성전자는 삼성미래기술육성사업이 지원하는 연구 과제가 최상위 국제학술지인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’, ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 게재됐다고 20일 밝혔다.

삼성미래기술육성사업 지원을 받아 최상위 학술지에 논문을 게재한 교수들. 왼쪽부터 양희준 카이스트 교수, 김종호 한양대학교 에리카캠퍼스 교수, 김도헌 서울대학교 교수(사진=삼성전자)

◇인간 두뇌의 기억·학습 능력 모방하는 AI센서 개발

양희준 카이스트(KAIST) 물리학과 교수 연구팀은 전력이 끊어져도 그 전에 흐른 전자의 양의 모두 기억할 수 있는 소자인 ‘멤리스터’를 기반으로 뇌의 기능을 모방해 글자를 인식할 수 있는 인공지능(AI)센서를 개발했다.

연구 결과를 담은 ‘2차원 멤리스터에 기반한 언어 학습용 센서 내 축적 컴퓨팅’ 제목의 논문은 뇌의 정보 처리 과정을 모방하는 뉴로모픽 기술에 새로운 방향을 제시한 성과를 인정받아 지난 14일(미국 현지시간) ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.

뇌 신경망은 신경세포인 뉴런과 뉴런과 뉴런 사이를 연결하는 시냅스 등으로 구성돼 있다. 시냅스는 뉴런에서 입력된 정보를 연산하고 학습하는 기능을 수행한다. 특히, 시냅스에서의 정보 처리는 대단히 효율적으로 이루어져 약 20W 수준의 에너지를 사용할 뿐이다.

시냅스 정보 처리가 효율적인 이유는 일을 많이 하는 부위의 시냅스 연결은 강해져 정보를 빠르게 처리하는 반면 그렇지 않은 부위의 연결은 끊어지는 ‘시냅스 가소성’이라 부르는 현상 때문이다. 사물인터넷(IoT), 엣지 컴퓨팅 등 적은 소비 전력을 필요로 하는 분야에서는 ‘시냅스 가소성’ 현상을 포함한 인간의 뇌에서 일어나는 정보 처리 과정을 모방하는 뉴로모픽 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

양 교수 연구팀은 멤리스터 소자를 활용해 뉴로모픽 기술을 구현할 수 있는 AI 센서를 연구했다. 연구팀은 두 개의 전극 사이에 황화주석 소재를 끼워넣은 멤리스터 소자를 만들었다. 소자의 전자 구조를 정교하게 조절할 수 있는 황화주석 소재는 멤리스터 소자가 ‘시냅스 가소성’과 같은 특징을 보일 수 있도록 했다.

연구팀은 여러 글자가 섞여있는 복잡한 환경에서 이 소자를 적용한 인공지능 센서를 한글 인식에 활용해 유용성을 검증했다. 그 결과 ‘가자’, ‘사자’ 등 간단한 한글을 91% 수준으로 인식하는 데 성공했다.

양 교수는 “이번 연구는 황화주석 기반 멤리스터 소자의 뉴로모픽 적용 가능성을 확인했다는 데 의미가 있다”며 “향후 5년 안에 초저전력, 초고집적 인공지능 소자를 구동할 수 있도록 관련 소재, 부품 기술 연구에 주력할 계획”이라고 말했다.

◇기존 1/12이하로 세균 검출시간 단축 가능한 인공항체 개발

김종호 한양대학교 에리카(ERICA) 캠퍼스 재료화학공학과 교수 연구팀은 세균성 감염병을 신속하게 진단하고 치료할 수 있는 새로운 인공항체 기술을 개발했다.

이번 연구 결과를 담은 논문은 새로운 나노 인공항체 합성법과 진단·치료 기술에 대한 원천 연구로 인정받아 ‘다가 나노시트 인공항체를 이용한 선택적 세균 감지와 불활성화’ 제목으로 지난달 23일(독일 현지시간) ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 게재됐다.

단백질 기반의 기존 항체는 세균을 선택적으로 인식하고 효과적으로 사멸시킬 수 있어 다양한 감염병의 진단과 치료에 사용되고 있다. 하지만 생산에 3개월 이상 소요되고 장기 보관시에는 영하 20∼70도 사이의 저온 상태를 유지해야 하는 등 관리가 어렵다.

김 교수 연구팀은 티탄산칼슘으로 이루어진 산화 광물인 페로브스카이트를 적용한 금속 화합물 나노 시트에 펩타이드를 부착시켜 인공 항체를 합성했고, 식중독의 원인인 대장균·살모넬라·포도상구균 등을 대상으로 실험했다.

김 교수가 합성한 인공 항체와 세균 결합체에 근적외선을 쬐면 결합된 부분이 진동하면서 마찰을 일으켜 70도 이상의 열을 발생시키고, 이 열이 세균을 사멸시킬 수 있다. 인공 항체를 활용해 세균을 사멸시키는 것은 획기적인 시도다.

혈액, 소변 등에 포함된 세균을 검출하기 위해서는 현재 12시간 이상이 필요한 반면 이번에 개발한 인공 항체를 이용하면 세균 검출과 소멸 시간을 1시간 이내로 줄일 수 있다. 또, 김 교수가 합성한 인공 항체는 3일 이내에 합성할 수 있고 실온에서도 안정한 장점이 있다.

김 교수는 “이번 연구에 적용한 식중독 원인균 이외의 보다 다양한 종류의 감염병을 진단하고 치료에 도움을 주기 위한 연구를 지속할 예정”이라고 말했다.

◇삼성미래기술육성사업, 2013년부터 1. 5조 연구 지원

삼성미래기술육성사업은 우리나라의 미래를 책임지는 과학 기술 육성을 목표로 2013년부터 1조 5000억원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 공익 사업이다. 지금까지 670개 과제에 8708억원이 지원됐다. 국제학술지에 총 2127건의 논문이 게재됐고, 이 중 네이처(7건), 사이언스(8건), 셀(1건) 등을 포함해 최상위 국제 학술지에 소개된 논문도 186건에 달한다.

특히, 사이언스 8건 중에는 지난달 16일(미국 현지시간) 김도헌 서울대학교 물리천문학부 교수가 세계적인 석학 및 전문가 9명과 공동 작업을 통해 작성한 리뷰 논문이 포함돼 있다. 삼성미래기술육성사업 지원을 받은 ‘네이처·사이언스·셀’ 게재 연구 논문 중 리뷰 논문 게재는 처음이다.

삼성전자는 CSR 비전 ‘함께가요 미래로! Enabling People’ 아래 삼성미래기술육성사업, 협력회사 상생·물대펀드, 스마트공장, C랩 아웃사이드 등 상생 활동과 청소년 교육 사회공헌 활동을 펼치고 있다.