위험을 감지하면 사람처럼 곧바로 반응하는 감각 신경계 기능은 로봇이 따라오기 어려운 분야로 여겨졌다. 복잡한 신경 특성을 로봇에 구현하기 위해서는 별도 소프트웨어나 복잡한 회로가 필요하기 때문이다. 최근 국내 연구진이 차세대 전기소자를 활용해 로봇도 사람처럼 반응하는 인공 감각 신경계를 구현했다.
한국과학기술원(KAIST)은 최신현 전기 및 전자공학부 석좌교수와 이종원 충남대 반도체융합학과 교수 공동연구팀이 생명체의 감각 신경계 기능을 모사하는 차세대 뉴로모픽 반도체 기반 인공 감각 신경계를 개발했다고 15일 밝혔다.
사람을 포함한 동물은 안전하거나 익숙한 자극은 무시하고, 중요한 자극에는 선별적으로 민감하게 반응해 외부 변화에 대응한다. 누군가 이름을 부르거나 날카로운 물체가 피부에 닿으면 재빠르게 반응하는 식이다. 연구진은 이 같은 감각 신경계의 ‘습관화’와 ‘민감화’를 모사하는 멤리스터를 개발했다. 멤리스터는 메모리와 저항의 합성어로, 두 단자 사이로 과거에 흐른 전하량과 방향에 따라 저항값이 결정되는 차세대 전기소자다.
멤리스터 소자는 자극이 반복되면 점차 반응이 줄어들다가, 위험 신호가 감지되면 다시 민감하게 반응하는 등 실제 신경계의 복잡한 시냅스 반응 패턴을 재현할 수 있다. 연구팀은 멤리스터를 이용해 촉각과 고통을 인식하는 멤리스터 기반 인공 감각 신경계를 제작하고, 이를 실제 로봇 손에 적용해 효율성을 실험했다.
연구팀이 반복적으로 안전한 촉각 자극을 가하자 처음에는 낯선 촉각 자극에 민감하게 반응하던 로봇 손이 점차 자극을 무시하는 습관화 특성을 보였다. 전기 충격과 함께 자극을 가했을 때는 이를 위험 신호로 인식해 다시 민감하게 반응하는 민감화 특성도 확인됐다. 에너지 측면에서 효율적인 신경계 모사 로봇의 개발 가능성을 검증했다는 평가다.
박시온 KAIST 연구원은 “앞으로 초소형 로봇, 군용 로봇, 로봇 의수 같은 의료용 로봇 등 차세대 반도체와 로보틱스의 여러 융합 분야에서 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.
심희정 기자 simcity@kmib.co.kr
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