곤충 시신경 따라해 '똑똑한' 반도체 소자 제작

by강민구 기자
2024.02.19 09:21:30

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 곤충의 시신경계를 모방해 ‘지능형 센서’ 반도체를 개발하는데 쓸 수 있는 기술을 개발했다.

김경민 KAIST 신소재공학과 교수.(사진=KAIST)

KAIST는 김경민 신소재공학과 교수 연구팀이 다양한 멤리스터(메모리와 저항의 합성어) 소자를 융합해 곤충의 시신경에서의 시각 지능을 모사하는 지능형 동작인식 소자를 개발했다고 19일 밝혔다.

인공지능 기술 발전에 따라 비전 시스템은 이미지 인식, 객체 탐지, 동작 분석과 같은 다양한 작업에서 핵심 역할을 하고 있다. 기존 비전 시스템은 이미지 센서로 받은 신호를 복잡한 알고리즘을 이용해 물체와 그 동작을 인식한다. 이 방식은 상당한 양의 데이터 트래픽과 높은 전력 소모가 필요해 모바일이나 사물인터넷 장치에 적용하기 어렵다.

곤충은 기본 동작 감지기라는 시신경 회로를 통해 시각 정보를 처리해 물체를 탐지하고, 동작을 인식하는데 탁월한 능력을 보인다.

곤충의 생물학적 시신경계에서 기인한 기본 동작 인식 과정.(자료=KAIST)

김경민 교수 연구팀은 다양한 기능의 멤리스터 소자들을 집적해 고효율·초고속 동작 인식이 가능한 지능형 동작인식 소자를 개발했다. 동작인식 소자는 자체 개발한 두 종류의 멤리스터 소자와 저항 만으로 구성된 단순한 구조를 지녔다.



서로 다른 멤리스터는 각각 신호 지연 기능과 신호 통합 및 발화 기능을 하며 곤충의 시신경처럼 사물의 움직임을 판단할 수 있다.

연구팀은 개발된 동작인식 소자 활용 가능성을 보여주기 위해 차량 경로를 예측하는 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 설계한뒤 동작인식 소자를 적용했다.

분석 결과, 기존 기술 대비 에너지 소비를 92.9% 줄여 더 정확히 사물의 움직임을 예측해냈다.

김경민 교수는 “곤충은 간단한 시각 지능을 활용해 민첩하게 물체의 동작을 인지하는데 신경 기능을 재현한 멤리스터 소자를 활용해 이를 구현했다”며 “최근 인공지능이 탑재된 휴대폰처럼 에지(edge)형 인공지능 소자의 중요성이 커지고 있는데, 연구는 동작 인식을 위한 효율적인 비전 시스템 구현에 기여해 자율주행 자동차, 차량 운송 시스템과 같은 다양한 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 지난 달 29일자 온라인으로 게재됐다.