[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 생명체의 감각 신경계를 모사한 새로운 인공 감각 신경계를 구현해 냈다. 에너지 소모를 최소화하면서 외부 자극에 지능적으로 반응할 수 있는 로봇탄생이 기대된다.

한국과학기술원(KAIST·카이스트)는 전기및전자공학부 최신현 석좌교수와 충남대학교 이종원 교수 공동연구팀이 생명체의 감각 신경계 기능을 모사하는 차세대 뉴로모픽 반도체 기반 인공 감각 신경계를 개발했다고 15일 밝혔다.

사람을 포함한 동물은 안전하거나 익숙한 자극은 무시하고 중요한 자극에는 선별적으로 민감하게 반응해 에너지 낭비를 방지하면서도 중요한 자극에 집중, 민첩하게 외부변화에 대응할 수 있다.

이는 감각 신경계에서의 '습관화'와 '민감화' 기능에 의해 조절된다. 사람처럼 효율적으로 외부환경에 대응하는 로봇 구현을 위해 생명체의 감각 신경계 기능을 로봇에 적용하려는 시도가 꾸준히 진행돼 왔으나 복잡한 신경 특성을 로봇에 구현키 위해선 별도 소프트웨어나 복잡한 회로가 필요하다.

뉴로모픽 반도체인 멤리스터(memristor) 소자를 활용하는 시도가 있었지만 기존 멤리스터는 단순한 전도도 변화만 가능해 신경계의 복잡한 특성을 모사하는 데 한계가 있다.

멤리스터는 메모리(memory)와 저항(resistor)의 합성어로 두 단자 사이로 과거에 흐른 전하량과 방향에 따라 저항값이 결정되는 차세대 전기소자다.

이번에 공동연구팀은 하나의 멤리스터 소자 안에 서로 반대 방향으로 전도도를 변화시키는 층을 형성해 실제 감각 신경계처럼 습관화와 민감화의 기능을 모사할 수 있는 새로운 멤리스터를 개발했다.
 
이 소자는 자극이 반복되면 점차 반응이 줄어들다가 위험 신호가 감지되면 다시 민감하게 반응하는 등 실제 신경계의 복잡한 시냅스 반응 패턴을 사실적으로 재현할 수 있다.

연구팀은 이 멤리스터를 이용해 촉각과 고통을 인식하는 멤리스터 기반 인공 감각 신경계를 제작하고 이를 실제 로봇 손에 적용해 효율성을 실험했다.

시험에서 반복적으로 안전한 촉각 자극을 가하자 처음에는 낯선 촉각 자극에 민감하게 반응하던 로봇 손이 점차 자극을 무시하는 습관화 특성을 보이는 게 확인됐다.

이후 전기 충격과 함께 자극을 가했을 때는 이를 위험 신호로 인식해 다시 민감하게 반응하는 민감화 특성도 확인됐다.

이를 통해 별도의 복잡한 소프트웨어나 프로세서 없이도 로봇이 사람처럼 효율적으로 자극에 대응할 수 있음을 규명하고 에너지 측면에서 효율적인 신경계 모사 로봇(neuro-inspired robot)의 개발 가능성을 입증했다.

이번 연구는 KAIST 박시온 석박통합과정 연구원이 제 1저자로 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 온라인판에 지난 1일자로 게재됐다.

박시온 연구원은 "사람의 감각 신경계를 차세대 반도체로 모사해 더 똑똑하고 에너지 측면에서 효율적으로 외부환경에 대응하는 신개념 로봇 구현의 가능성을 열었다"며 "초소형 로봇, 군용 로봇, 로봇 의수 같은 의료용 로봇 등 차세대 반도체와 로보틱스의 여러 융합분야에서 활용될 것으로 기대된다"고 밝혔다.


◎공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com