한미 연구진 인공 신경 개발...생물처럼 움직이는 로봇 토대 마련

조선비즈
  • 김민수 기자
    입력 2018.06.01 08:56

    한미 공동연구진이 생물체의 신경을 모사하는 인공 감각 신경을 개발, 움직이지 않았던 곤충의 다리를 제어하고 시각장애인용 점자 정보를 처리하는 데 성공했다.

    생물체의 신경이 할 수 있는 일들을 인공 신경으로 구현한 것으로, 신경 일부분에 장애가 있는 사람을 위한 장치나 생물체처럼 움직이는 로봇을 개발할 수 있는 토대를 마련한 것으로 평가된다. 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘사이언스(Science)’ 31일자(현지시각)에 게재됐다.

    이태우(사진) 서울대 재료공학부 교수와 제난 바오 미국 스탠퍼드대 교수 공동 연구팀은 유연한 유기 소자를 이용해 생물의 촉각 신경을 그대로 본따 모사하는 인공 감각 신경을 개발했다.

    생물체의 촉각 신경계는 촉각 수용체와 뉴런, 시냅스로 이뤄져 복잡한 촉각 정보를 처리한다. 이태우 교수와 제난 바오 교수 연구팀은 기존의 유기 시냅스 소자 연구를 진행하면서 신체의 다양한 감각 기관에 연결된 신경계를 흉내내 보자고 의기 투합했다.

    공동 연구팀은 생물체 촉각 신경계를 분석하고 촉각 수용체, 뉴런, 시냅스에 해당되는 소자를 플렉서블 기판 위에 만들고 각 소자를 어떻게 연결해 인공 시스템을 구현할지 연구를 진행했다. 그 결과 실제로 생물체 내에서 일어나는 감각, 인지, 운동 기능을 모두 연결해 생체 신경을 모사하는 유기 소자를 이용해 생체 신경 모사 시스템을 개발했다.

    연구팀이 개발한 인공 촉각 신경은 생체 피부 촉각 수용체를 흉내내는 압력 센서, 생체 뉴런을 흉내내는 유기 링오실레이터, 생체 시냅스를 흉내내는 유기 시냅스 트랜지스터로 구성됐다. 인공 촉각 수용체로부터 받은 압력 정보는 인공 뉴런을 거쳐 인공 시냅스를 자극하는 방식이다.

    실험에 활용된 곤충(A)과 인공 신경망 장치에 대한 설명을 위한 모식도(B), 움직이는 곤충 다리 힘을 측정하기 위한 장치(C). /서울대 제공
    이를 통해 물체의 울퉁불퉁함, 움직임 방향, 시각 장애인용 점자 정보까지 처리했다. 특히 움직이지 못하는 곤충의 다리에 있는 생물학적 운동 신경과 인공 촉각 신경을 연결해 움직임을 제어하는 데도 성공했다.

    연구팀이 개발한 인공 신경은 유기 소자로 이뤄지기 때문에 화학적으로 특성을 조절하기 쉽고, 인쇄 공정과 호환이 가능해 대면적 시스템을 저가로 만들 수 있다.

    이태우 교수는 “이번 연구는 향후 생물체와 같이 행동하는 로봇을 개발하거나 생물체와 호환성이 높은 생체모사 장치 및 신경 보철 등을 개발하는 생체 모사 전자 소자 기술의 새로운 패러다임으로 자리매김할 것으로 기대된다”며 “사람 같이 행동하는 로봇, 신경 일부분에 장애가 있는 사람들을 위한 보철장치 개발 등에 새로운 이정표를 제시할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

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