인간 두뇌 기능을 완벽하게 모방할 수 있는 인공지능(AI) 시스템 개발은 과학자들의 오랜 꿈이자 연구 대상이다. 국내 연구팀이 AI를 앞당길 기반 연구에 성공했다.
이태우 포스텍(POSTECH) 신소재공학과 교수(교신저자), 서문도 연구 교수(제1저자), 민성용 박사로 구성된 연구팀이 유기 나노섬유를 이용한 인공 시냅스 소자를 개발했다.
연구팀은 최근 두뇌 신경망을 이루는 생체 시냅스를 모방한 섬유 형태에서 주요 기능을 구현하는데 성공했다고 밝혔다. 이 기술은 생체 두뇌와 마찬가지로 에너지를 적게 소비, 눈길을 끌었다.
최근 AI에 대한 관심이 크게 높아짐에 따라 여러 전자소자를 이용한 시냅스 기능 모사 연구가 진행되고 있다. 하지만 인공 시냅스 소자 개발 속도는 답보 상태에 머물러 있다.
인간 두뇌 속 신경망은 촘촘하고 정밀한 섬유 형태로 구성돼 있어 이를 그대로 구현하기 어려울 뿐만 아니라 생체 시냅스처럼 낮은 전력에도 시냅스 기능을 그대로 유지하는 인공시냅스 소자 개발은 난제로 여겨지고 있다.
연구팀은 사람의 머리카락보다 1000배 이상 가는 유기 나노섬유를 이용해 소자를 만들면서 고밀도, 초저소비전력 두 가지 문제를 동시에 해결했다.
형태가 신경섬유와 유사한 이 소자는 인간의 두뇌처럼 밀도가 높은 메모리를 구현할 수 있으며, 재료 특성 때문에 다른 소자에 비해 적은 양의 에너지로 작동한다.
연구팀은 독자 기술인 전기장 보조 로보틱 나노섬유 프린팅 기술로 소자의 사이즈를 대폭 줄여서 전력 소비를 크게 낮추는 데에도 성공했다.
유기 나노섬유의 위치와 방향을 정확히 제어하면서도 적층 제조법(additive printing)으로 대량 생산이 가능, 3차원 신경망으로 구성된 인간의 두뇌 기능을 모방한 전자소자 시스템 구현에 효과가 매우 높다.
연구팀이 개발한 인공 시냅스 소자는 두뇌가 생체 시냅스의 작용으로 기억을 형성하듯 AI 시스템 메모리에 필수인 `단기 강화(short-term potentiation)` `장기 강화(long-term potentiation)` 등 주요 기능 모사에 성공했다.
지금까지 연구에서 걸림돌로 작용한 전력 효율성도 크게 개선, 생체 시냅스와 동일한 수준의 적은 전력으로 작동하는 인공 시냅스 소자를 개발했다는 점에서 주목을 받았다. 이 교수팀의 연구는 세계 권위 국제학술지인 `사이언스`의 새로운 자매지 `사이언스 어드밴시스` 최신호에 실렸다.
이태우 교수는 “생체 모방 AI 시스템 개발에서 큰 난제의 하나인 메모리 밀도와 소비 전력을 크게 개선, 앞으로 도약을 이끌 수 있는 기반 기술이라는 데 의의가 있다”고 설명했다.
한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망 융합기술 파이오니어 사업의 `뉴로모픽 반도체 소자 응용기술` 연구단과 미래부가 추진하고 있는 글로벌프런티어사업 `나노기반 소프트일렉트로닉스` 연구단의 지원으로 수행됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
