곤충 시신경계를 모방한 초고속·저전력 지능형 센서 반도체가 개발됐다. 교통, 안전, 보안 시스템 등 분야에 응용할 수 있다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김경민 신소재공학과 교수팀이 다양한 멤리스터(입력 신호에 따라 소자 저항이 변하는 소자)를 융합해 곤충 시신경의 시각 지능을 모사한 지능형 동작인식 소자를 개발했다고 19일 밝혔다.
기존 비전 시스템은 복잡한 알고리즘을 이용해 이미지 센서에서 수신한 신호에서 물체·동작을 인식한다. 데이터 트래픽이 상당하고, 전력 소모가 높다. 모바일·사물인터넷(IoT) 장치 적용이 어렵다.
연구진이 참고한 곤충은 '기본 동작 감지기'라는 시신경 회로로 시각 정보를 처리해 물체를 탐지하고 동작을 효과적으로 인식한다. 다만 이를 구현하려면 기존 실리콘 집적회로(CMOS) 기술에서는 복잡한 회로가 요구돼 실제 소자 제작이 어려웠다.
이에 연구팀은 다양한 멤리스터 소자를 집적해 고효율·초고속 동작 인식이 가능한 지능형 동작인식 소자를 개발했다.
두 종류 서로 다른 멤리스터가 각각 신호 지연, 통합·발화 기능을 수행하며, 이를 통해 곤충 시신경을 직접 모사했다.
연구팀은 개발한 동작인식 소자로 차량 경로를 예측하는 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 설계했다. 그 결과 기존 기술 대비 에너지 소비가 92.9 % 감소하면서, 사물 움직임 예측은 더 정확했다.
김경민 교수는 “곤충은 간단한 시각 지능으로 놀랍도록 민첩하게 물체 동작을 인지하는데, 이번 연구는 신경 기능을 재현할 수 있는 멤리스터 소자로 이를 구현한 것”이라며 “동작 인식을 위한 효율적인 비전 시스템 구현에 기여할 수 있어 향후 자율주행 자동차, 차량 운송 시스템, 로봇, 머신 비전 등에 적용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.
이번 연구는 송한찬, 이민구 KAIST 신소재공학과 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여했으며, 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 지난 1월 29일 자 온라인 게재됐다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업, 차세대지능형반도체기술개발사업, PIM인공지능반도체핵심기술개발사업, 나노종합기술원 및 KAIST 도약연구사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
