한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 사람의 코를 닮은 인공후각 시냅스 전자소자를 개발했다.
KIST는 첨단소재기술연구본부 강종윤 본부장과 전자재료연구센터 윤정호 선임연구원이 뉴로모픽 반도체 전자소자인 멤리스터 소자를 이용해 인간의 후각 신경 시스템과 비슷하게 외부 기체 자극을 손쉽게 전기적인 신호로 변환하고 처리하는 전자소자를 개발했다고 12일 밝혔다. 뉴로모픽 반도체는 인간의 뇌신경 구조를 모방한 반도체를 말한다.
인간의 후각 시냅스는 외부 자극에 대한 정보를 변형해 다음 뉴런에게 전달한다. 이때 시냅스가 자극을 변형하는 정도를 ‘가중치’라 한다. 이를 모방하기 위해서는 외부 기체 자극에 대한 정보를 아날로그 방식으로 제어할 수 있어야 하는데, 지금까지 인공후각 분야에서 주로 연구하고 있는 산화물 반도체형 가스 센서로는 불가능했다.
KIST 연구진은 멤리스터 소자에 산소 공공이 발생하면서 전기저항이 낮아지는 현상을 통해 인간의 후각 시냅스를 모사했다. 산소 공공은 산화물 결정구조에서 산소 원자가 빠져나간 자리를 말한다. 후각 시냅스가 외부 기체의 종류(산화, 환원성 기체)에 따라 반응이 달라지는 것을 이용해 산소 공공의 개수를 미세하게 조절함으로써 점진적으로 소자의 전도도를 변환시켜 인공후각 시냅스의 아날로그 특성을 모방한 것이다.
이렇게 만들어진 인공후각 시냅스 소자는 추론 정확도가 92.76%에 달했다. 연구진은 이 인공후각 시냅스 소자로 가스의 노출 농도를 모니터링하고 위험한 정도를 넘으면 알려주는 알람 시스템도 개발했다. 기존의 반도체식 가스 센서보다 상시 모니터링이 가능하고 에너지 효율도 높은 장점이 있다.
강종윤 본부장은 “이번에 개발한 인공후각 시냅스 소자는 산소 공공의 개수를 미세하게 조절하는 새로운 메커니즘으로 단일소자를 이용해 외부 기체 자극을 탐지할 뿐만 아니라 이를 기억할 수도 있어 기존 가스 센서의 한계를 극복하고, 향후 인공후각 분야를 선도할 수 있는 연구성과”라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’에 지난 4월 게재됐다.
참고자료
Advanced Materials, DOI : https://doi.org/10.1002/adma.202302219