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[Technical News]동물의 통각수용기를 모사한 전자소자 개발

트랜드 | 김진성 기자 | 입력 2018.02.27

[Technical News]동물의 통각수용기를 모사한 전자소자 개발 - 다아라매거진 기술뉴스
전자 이동에 의한 임계스위칭 거동을 보이는 멤리스터 소자로서 통각수용기 특성 구현



인체가 통증을 느끼는 통각수용기를 모사한 전자소자가 개발되었다. 황철성 교수(서울대학교)·김경민 교수(한국과학기술원)·김유민 박사과정(제1저자, 서울대학교) 연구팀과 윤정호 박사(미국 메사추세츠 주립대) 연구팀이 각각의 연구를 통해 멤리스터 소자를 이용해 통각수용기 특성을 인공적으로 구현했다고 한국연구재단(이사장 조무제)은 밝혔다.

인간의 뇌를 구성하는 신경세포인 뉴런을 모사하는 뉴로모픽 연구가 크게 주목받고 있다. 특히 뉴런을 전자소자로 구현해내어 전기적 신호를 빠르게 처리하는 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 그러나 뉴런으로 전기적 신호를 보내기 위해서는 외부 자극을 감지하고 자극의 강도에 따라 생체 신호를 생성하는 수용기가 필수적이다.

지금까지의 뉴로모픽 연구는 신경 시스템의 또다른 구성 요소인 수용기 부분에 대한 연구가 전무한 실정이다.
연구팀은 멤리스터의 임계 스위칭 특성이 통각수용기와 유사하다는 점에 착안해 통각수용기를 닮은 소자를 개발했다.

인체의 통각수용기는 특정 값을 초과하는 자극에만 반응해 통증신호를 전달해준다. 멤리스터 역시 가해진 전압의 세기가 임계값보다 작을 때에는 큰 저항값을 가지고, 임계값보다 클 때에는 작은 저항값을 갖는다.

각 연구팀은 멤리스터를 이용해 통각수용기와 같은 통각 과민, 이질통, 회복 등의 특성을 완벽히 모사해냈다. 특히 황철성 교수·김경민 교수·김유민 박사과정 연구팀은 무조건반사 기능까지 모사했으며, 윤정호 박사 연구팀은 멤리스터에 열전 소자를 접합하여 외부 열 자극을 감지할 수 있는 기능을 구현해냈다.

황철성 교수는 “이 연구는 세계 최초로 통각수용기 특성을 구현하는 전자소자를 개발한 것”이라며, “최근 관심이 급속도로 높아지고 있는 휴머노이드 발전에 기여할 것으로 기대된다”라고 연구 의의를 설명했다.

연구팀은 기존에 보고되지 않았던 수용기 특성을 모사한 멤리스터 소자를 개발함으로서, 멤리스터를 기반으로 하는 완전한 뉴로모픽 회로를 완성할 수 있는 기반을 마련했다.

근래 관심이 급격히 높아지고 있고, 앞으로 더욱 주목받을 휴머노이드 연구에도 이 연구 결과가 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

기존 산업의 기반이 돼있는 상보형 금속산화 반도체(CMOS) 소자 대비 구조적으로 훨씬 단순한 멤리스터 소자를 이용한 측면에서, 산업적인 비용 절감효과 또한 기대할 수 있다.

황 교수는 “복잡한 회로 구조가 필요하고, 단일 시스템에서 통각 수용기의 모든 특성을 모사하기 힘들었던 금속산화물 반도체 기반의 인공 신경 뉴런 시스템을 대체할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

weekendk@kidd.co.kr

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