[과학을 읽다]인공 시냅스…인간 뇌에 도전하다

포스텍 연구팀, 고밀도·저전력 인공 시냅스 개발

[사진=아시아경제DB]

[아시아경제 정종오 기자] 고밀도이면서 적은 에너지로 작동하는 인공 시냅스 소자가 개발됐습니다. 유기 나노 섬유 인공 시냅스 소자입니다. 인간의 두뇌는 약 1000억 개의 뉴런들과 그 사이의 약 100조 개의 시냅스로 이뤄져 있습니다. 복잡한 네트워크 구조를 가졌음에도 아주 적은 에너지로 작동합니다. 인간의 두뇌 기능을 완벽하게 모방할 수 있는 인공지능 시스템 개발에 대한 연구는 계속되고 있습니다.

포항공대(총장 김도연) 신소재공학과 이태우 교수 연구팀은 유기 나노섬유(혹은 유기 나노와이어)를 이용한 전자소자로 두뇌의 신경망을 이루는 생체 시냅스를 모방한 섬유 형태에서 주요 기능들을 구현하는데 성공했습니다. 이번에 개발한 기술은 생체 두뇌와 마찬가지로 에너지를 적게 소비해 눈길을 끕니다.

인공지능에 대한 관심이 높아지면서 시냅스 기능을 모사하려는 노력들이 이어지고 있습니다. 인공 시냅스 소자 개발은 매우 어려운 연구 과제 중 하나입니다. 인간의 두뇌 속 신경망은 촘촘하고 정밀한 섬유형태로 구성돼 있어 이를 그대로 구현하기 어려운 것이죠. 무엇보다 생체 시냅스처럼 낮은 전력에도 시냅스의 기능을 그대로 유지하는 인공시냅스 소자의 개발은 해결하기 힘든 숙제 중 하나입니다.

연구팀은 사람의 머리카락보다 1000배 이상 가는 유기 나노섬유를 이용해 소자를 만들면서 고밀도와 초저소비전력이라는 두 가지 문제를 동시에 해결했습니다. 신경 섬유와 유사한 형태를 지닌 이 소자는 인간의 두뇌처럼 밀도가 높은 메모리를 구현할 수 있습니다. 재료의 특성 때문에 다른 소자에 비해 적은 양의 에너지로 작동합니다.

이 교수 연구팀은 독자적 기술인 전기장 보조 로보틱 나노섬유 프린팅 기술로 소자 사이즈를 대폭 줄여 전력 소비를 크게 낮추는데 성공했습니다. 연구팀이 보유한 이 기술은 유기 나노섬유의 위치와 방향을 정확히 제어하면서도 적층 제조법(additive printing)으로 대량 생산을 가능케 합니다. 3차원 신경망으로 구성된 인간의 두뇌 기능을 모방한 전자소자 시스템을 구현하는데 매우 효과적입니다.

연구팀이 개발한 인공 시냅스 소자는 두뇌가 생체 시냅스의 작용을 통해 기억을 형성하듯 인공지능 시스템의 메모리에 필수적인 '단기 강화(short-term potentiation)', '장기 강화(long-term potentiation)' 등의 주요 기능을 성공적으로 모사해냈습니다.

연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시즈(Science Advances)' 최신호에 실렸습니다. 이 교수는 "이번 연구는 생체 모방 인공지능 시스템 개발에서 큰 난제 중 하나였던 메모리 밀도와 소비 전력을 크게 개선했다는데 의미가 있다"며 "유기 전자 소자의 새로운 응용분야의 길을 연 것"이라고 설명했습니다.