신흥주·김재준 교수팀 …나노·딥러닝 융합
200㎽ 초저전력으로 정밀 가스 식별·농도 측정
초저전력으로 작동하는 초소형 전자코가 개발됐다. 공기질 모니터링, 건강 진단, 식품 안전, 환경 보호 등 다양한 분야로 전자코 활용 가능성을 넓혔다.
울산과학기술원(UNIST·총장 박종래)은 신흥주 기계공학과·김재준 전기전자공학과 교수팀이 나노공정과 딥러닝 기술을 결합해 가스 종류와 농도를 정밀 측정할 수 있는 저전력 초소형 전자코 개발에 성공했다고 13일 밝혔다.
이 전자코는 나노히터 기반 반도체 가스 센서를 탑재해 전력 소모량이 낮다. 기존 센서는 작동 온도가 높아 전력 소모도 크지만 이 센서는 200㎽(마이크로와트) 이하 전력으로 작동한다.
또 듀티 사이클링 기술을 적용해 추가적으로 전력 소모를 줄여 기존 전자코 대비 에너지 사용을 90%까지 감축할 수 있다. 듀티 사이클링은 전력을 주기적으로 공급·차단하며 에너지 사용을 최소화하는 기술이다.
개발 전자코는 나노히터로 10만분의 1초 만에 섭씨 250도까지 가열하고 상온으로 순간 냉각하면서 짧은 듀티사이클에서 원활하게 가스를 측정한다.
연구팀은 나노히터 기반 반도체 가스 센서와 듀티 사이클링 기술을 기반으로 여러 센서를 사용해 온 전자코 구조를 단일 센서화하는데도 성공했다.
반도체 표면에서 가스 흡·탈착은 나노히터의 작동 속도에 비해 느리다. 빠르게 반복되는 듀티 사이클링에서 히터가 냉각되는 순간에도 가스 반응은 지속된다. 따라서 나노히터가 작동하고 중단되는 과정 속에서도 서로 다른 신호를 수집할 수 있다. 이러한 이중 신호를 합성곱신경망(CNN)으로 실시간 분석하면 다양한 가스의 종류와 농도까지 측정해 식별할 수 있다.
신흥주 교수는 “기존 전자코의 한계를 단일 센서로 해결했다. 저전력으로 동작하는 초소형 가스 측정 장치로서 소형화가 필수인 모바일 및 사물인터넷(IoT) 장치에 쉽게 적용할 수 있다”고 설명했다.
이번 연구 성과는 나노기술 전문학술지 '스몰(Small)'과 국제학술지 'ACS 센서즈(ACS Sensors)'에 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
