동국대학교는 이세준 시스템반도체학부 교수 연구팀이 접촉대전 에너지(Triboelectric Energy)를 이용해 촉각 정보를 감지·기억·학습·판단할 수 있는 '차세대 뉴로모픽 촉각 센서'를 개발했다고 22일 밝혔다.
이번 연구는 기계적 접촉으로 발생하는 접촉대전 에너지 신호를 이용해 강유전 시냅스 트랜지스터를 직접 구동하는 '뉴로모픽 촉각 센서 플랫폼'을 구현했다. 연구팀은 촉각 정보의 감지(Sensing), 기억(Memory), 학습(Learning), 판단(Perception) 기능을 하나의 소자에 구현하며, 차세대 인공지능 센서와 웨어러블 헬스케어 기술의 새로운 가능성을 제시했다.
사람의 촉각 시스템은 신경세포를 통해 피부에서 감지한 자극을 전달하고, 반복되거나 강한 자극은 기억과 학습 과정을 거쳐 상황을 판단한다. 연구팀은 이러한 사람의 촉각 시스템을 모사하기 위해 접촉대전 에너지 발생기와 강유전체 시냅스 트랜지스터를 직접 결합한 새로운 뉴로모픽 촉각 센서를 개발했다.
센서는 기계적 접촉으로 생성된 접촉대전 에너지 신호가 강유전체 시냅스를 직접 제어하도록 설계됐다. 접촉 자극의 세기와 반복 빈도에 따라 강유전체의 분극 상태와 시냅스 트랜지스터의 전도도가 누적으로 변화하고 그 상태를 기억하도록 구현했다. 이를 통해 사람의 시냅스와 유사한 학습 기능을 구현하는 데 성공했다.
연구팀은 다양한 힘과 자극 주파수 조건에서 측정된 전도도 변화를 이용해 촉각 상태 맵(Tactile State Map)을 구현해, 자극의 세기와 반복 이력을 종합적으로 반영하고 정상 상태와 비정상 상태를 구분할 수 있음을 입증했다. 이번 센서는 사람의 촉각 시스템처럼 외부에서 가해지는 접촉 자극을 기억하고 이를 바탕으로 촉각 상태를 인지·판단·동작할 수 있는 뉴로모픽 촉각 센서다.
이세준 교수는 “이번 연구의 의미는 접촉대전 에너지 신호만으로 촉각 정보를 감지하고, 이를 기억해 스스로 촉각 상태를 판단할 수 있는 새로운 뉴로모픽 반도체 센서 플랫폼을 구현했다는 점에 있다”며 “향후 웨어러블 헬스케어, 전자피부, 휴머노이드 로봇, 차세대 인공지능 센서, 저전력 엣지 AI 시스템 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
조호현 기자 hohyun@etnews.com