[한국기술뉴스] 중앙대학교 전자전기공학부 박성규 교수(연구책임자)와 조찬호 박사과정(제 1저자) 연구팀이 인간의 망막과 뇌 신경구조를 모방한 차세대 지능형 반도체기반의 뉴로모픽 이미지센서 기술 개발에 성공했다.

기존 이미징 시스템은 즉각적으로 시각 정보를 감지한 후 정보를 유지 및 처리하기 위해서, 광신호를 감지하는 광센서와는 별도로, 메모리 소자 등이 요구된다. 이러한 문제를 효율적으로 개선하기 위해서, 신호 감지와 메모리 기능이 통합된 뉴로모픽 센서가 크게 급부상하고 있다. 뉴로모픽 광센서는 외부 시각(광) 정보를 실시간으로 감지할 뿐만 아니라, 인간의 뇌 신경세포 체계를 모방하여 정보를 기억하고 누적되는 정보를 강화함으로써 인간과 유사한 효율적인 시각 인식을 가능하게 할 수 있다.

연구팀은 첨단 양자점 소재 및 이종 적층 반도체 구조를 이용한 뉴로모픽 광트랜지스터 소자 개발을 통해, 단위 소자 내에서 색상을 인지할 수 있는 뉴로모픽 시각 인식 기술을 입증하였다. 기존 이미지센서 분야에서는 색 식별을 위해 산업적으로는 광학 컬러 필터를 적용하거나, 각 색상 감지 요소들이 회로로 연결된 시스템들이 여럿 연구되어왔는데, 이는 고집적 고해상도 센서 개발을 위한 화소 단순화/축소화의 한계점으로 작용할 수 있다. 본 연구에서는 인간 망막 구조를 모사한 혼합 양자점 광활성층을 도입함으로써 단순 구조의 단일 소자 내에서 효과적인 색상 인식이 가능할 뿐만 아니라, 색상 감지 대역을 조절할 수 있는 색채 제어 모드를 제시하였다.

박성규 교수는 “이번 연구에서는 기존 이미지센서의 구조를 개선하여 고집적 고성능 센서 시스템에 한층 더 다가갈 수 있는 차세대 뉴로모픽 이미지센서 기술 개발에 집중하였다. 기존 이미지센서에서는 일반적으로 색상 인식을 위해 컬러필터가 적용된 RGB 3화소가 도입되어왔는데, 이러한 화소 구조 복잡성을 극복함과 동시에 고해상도의 인공지능 이미징 시스템을 구축할 수 있는 큰 도약점이 될 것이라 생각한다. 특히, 본 연구에서 개발한 뉴로모픽 센서의 색채 제어 기능은 외부 주변 환경에 따라 감지 대역을 자체 조절하는 지능형 시각 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 향후, 자율주행이나 인공시각장치 등의 미래기술 분야를 위한 핵심적인 기술 연구로 볼 수 있다.”라고 말했다.

박성규 교수 연구팀이 연구 책임을 맡고 미국 노스웨스턴 대학교와 성균관대학교, 서울대학교가 공동으로 참여한 논문 ‘색채 제어가 가능한 혼합 양자점 뉴로모픽 어레이 기반의 망막 모사 색상 인식 시스템’ (Retina-Inspired Color-Cognitive Learning via Chromatically Controllable Mixed Quantum Dot Synaptic Transistor Arrays)’은 전기전자 분야 저명 학술지 (2020 영향력 지수 (IF): 30.849) 에 지난 3월 21일자로 게재되었다.