창원대, 편광 감응 In-Sensor 컴퓨팅 기술 개발

국립창원대학교가 한국과학기술연구원(KIST), 부산대학교와 공동으로 새로운 영상 처리 기술 연구 성과를 'Nature Co㎜unications'에 게재했다고 24일 밝혔다.

안종태 반도체물리학과 교수팀이 주도한 이번 연구는 '편광 감응형 In-Sensor 컴퓨팅 기술'을 세계 최초로 제안·구현해 미래형 반도체 및 인공지능 이미지 센서 개발에 중요한 전환점을 마련했다는 평가를 받는다.

연구진은 원형 편광(Circularly Polarized Light, CPL)에 선택적으로 반응하는 센서 구현을 위해 2차원 반도체 물질과 카이랄(Chiral) 유기 구조를 결합한 하이브리드 소자를 개발했다.

개발된 장치는 근적외선 영역에서 CPL의 좌·우 회전 편광을 구분할 수 있는 세계 최고 수준의 감도(g-factor ±1.90)와 4μs의 초고속 응답 속도를 동시에 달성했다.

제1저자로 참여한 이제준 KIST 박사는 "해당 기술은 MNIST 및 Fashion-MNIST 데이터 세트와 같은 인공지능 학습 이미지에 실제 적용돼 기존 방식과 비교해 인식률을 대폭 향상시켰다"며 "편광 상태를 조절함으로써 동일한 하드웨어 회로에서 서로 다른 이미지 필터링 기능을 자유롭게 전환할 수 있는 혼합 멀티모달 영상 처리도 가능하다"고 설명했다.

기존 영상 처리 방식은 센서에서 데이터를 수집한 뒤 디지털화해 후속 연산 장치에서 처리하는 반면, 이번에 개발된 소자는 빛이 들어오는 순간 실시간으로 이미지 분석이 가능해 지연과 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있다.

안종태 교수는 "이번 연구는 광학, 나노소자, 인공지능 알고리즘이 융합된 차세대 센서 컴퓨팅 분야의 핵심 원천 기술로 앞으로 자율주행, 의료 영상, 보안 및 양자 영상 기술 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것"이라고 강조했다.

국립창원대는 이번 논문 발표를 계기로 반도체·나노소자 기반 미래형 영상 시스템 연구를 더 고도화하고, 지역의 반도체 생태계와의 연계를 강화해 세계적 경쟁력을 확보할 계획이다.

해당 연구는 황도경 KIST 양자기술 연구단 박사, 안석균 부산대 고분자공학과 교수 연구팀과 공동 연구로 이뤄졌으며 국립창원대 G-램프(LAMP)사업, 2024학년도 국립창원대 신진 교원 연구비 지원 사업의 지원을 받아 수행됐다.