위험시 사람처럼 즉각 반응...KAIST, '인공 감각 신경계' 개발

개발한 인공 감각 신경계를 탑재한 로봇 손 실험 결과. 중요치 않은 자극은 무시해 에너지 효율을 높이고 프로세서 부담을 줄일 수 있다.

우리 연구진이 복잡한 소프트웨어(SW)나 회로 없이 생명체 감각 신경계를 모사한 '인공 감각 신경계'를 새롭게 구현했다. 에너지 소모를 최소화하면서 외부 자극에 지능적으로 반응할 수 있어, 초소형 로봇이나 로봇 의수 등 의료 및 특수 환경 활용이 기대된다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 최신현 전기 및 전자공학부 석좌교수, 이종원 충남대 반도체융합학과 교수팀이 차세대 뉴로모픽 반도체 기반 인공 감각 신경계를 개발하고, 이로써 외부 자극에 효율적으로 대응하는 신개념 로봇 시스템을 증명했다고 15일 밝혔다.

동물은 안전하거나 익숙한 자극은 무시하고, 중요한 자극에 민감하게 반응해 에너지 낭비를 막으면서 외부 변화에 민첩하게 대응할 수 있다. 옷이 피부에 닿는 감촉은 곧 익숙해져 신경 쓰지 않지만, 날카로운 물체가 닿으면 재빠르게 대응하는 식이다. 감각 신경계에서의 '습관화' '민감화' 기능으로, 이를 로봇에 적용하려는 시도가 진행돼 왔다. 다만 별도 SW나 복잡한 회로가 필요했다.

뉴로모픽 반도체인 멤리스터 소자를 활용하는 시도도 있었지만, 기존 멤리스터는 단순 전도도 변화만 가능해 복잡한 신경계 특성 모사에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 하나의 멤리스터 소자 안에 서로 반대 방향으로 전도도를 변화시키는 층을 형성, 습관화·민감화 기능을 모사할 수 있는 새로운 멤리스터를 개발했다. 이 소자는 자극이 반복되면 점차 반응이 줄어들다가, 위험 신호가 감지되면 다시 민감하게 반응하는 등 실제 신경계 시냅스 반응 패턴을 재현할 수 있다.

연구팀은 이 멤리스터로 촉각·고통을 인식하는 인공 감각 신경계를 제작하고, 실제 로봇 손에 적용해 습관화 및 민감화 특성을 확인됐다. 이로써 로봇이 사람처럼 효율적으로 자극에 대응하고, 에너지 측면에서 효율적인 신경계 모사 로봇 개발 가능성을 검증했다.

박시온 KAIST 연구원은 “초소형 로봇, 군용 로봇, 로봇 의수 같은 의료용 로봇 등 차세대 반도체와 로보틱스의 여러 융합 분야에서 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 지난 1일 온라인 게재됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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