촉각 신경 모사하는 인공 신경 개발

촉각 신경 모사하는 인공 신경 개발

 

국내 연구진을 포함한 국제 공동 연구진이 유기 소자를 이용해 생물의 촉각 신경을 모사하는 인공 촉각 신경을 개발하는 데 성공했다. 사람 같이 행동하는 로봇이나 신경 일부에 장애가 있는 사람들을 위한 보철 장치를 구현하는 데 활용될 수 있을 전망이다. 서울대 공대 재료 공학부 이태우 교수와 스탠포드대 제난 바오 교수 공동 연구팀은 생체 피부 촉각 수용체 역할을 맡는 '압력 센서(sensor)', 생체 뉴론(neuron)의 역할인 '유기 링오실레이터(Ring Oscillator. 발전칩)', 생체 시냅스(synapse)를 흉내 내는 '유기 시냅스 트렌지스터'로 구성된 인공 촉각 신경을 만들었다고 2018년 05월 31일 밝혔다.

 

기존 인공 신경은 뉴로모픽(neuromorphic) 컴퓨터, 생체 모사 센서, 로봇 제어, 보철 기관에 대해 주로 분리해 연구돼 왔다. 그러나 이들은 디지털 컴퓨터에서 소프트웨어로 구현하거나 기존 실리콘 소자를 이용해 회로를 구현한 후 생체 모사해 전력 소모와 비용 문제는 물론 특성을 조절하는 데 한계가 있었다.

 

연구팀은 유연한 유기 소자를 이용해 생물학적 촉각 신경의 동작 원리를 모사하고자 했다. 압력 센서, 유기 링오실레이터(Ring Oscillator), 유기 시냅스 트랜지스터는 각각 생물체에서의 촉각 수용체(reseptor), 감각 뉴런(neuron), 시냅스(synapse)를 모사하게 설계했다. 인공 촉각 수용체로부터 받은 압력 정보는 인공 뉴론(neuron)을 거쳐 활동 전위로 바뀌고, 여러 활동 전위들이 모여 인공 시냅스(synapse)를 자극했다. 연구팀은 움직이지 못하는 곤충의 다리에 있는 생물학적 운동 신경과 인공 촉각 신경을 연결해 움직임을 구현하기도 했다.

 

이같은 방식은 기존 보다 설계 방식이 간단하고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 유기 소자로 구성돼 있어 화학적으로 특성을 조절하기 쉽다. 유연한 특성 때문에 구부러지거나 휘어지는 형태로 구현도 가능하다. 이태우 교수는 "사람 같이 행동하는 로봇, 신경 일부분에 장애가 있는 사람들을 위한 보철 장치 개발 등에 새로운 이정표를 제시할 것"이라고 말했다. 이번 연구 성과는 2018년 06월 01일자 '사이언스'(Science)에 실렸다.