한국연구재단(이사장 홍원화)은 송영민 한국과학기술원(KAIST) 교수, 강동호 광주과학기술원(GIST) 교수 공동연구팀이 뇌 신경 구조에서 착안한 강유전체 기반 광소자로 빛 감지부터 기록, 처리까지 소자 내에서 구현 가능한 차세대 이미지 센서를 개발했다고 18일 밝혔다.
낮과 밤, 역광, 실내·외 전환 등 극단적인 환경 변화에 바로 적응하기 어려워, 수집 데이터를 외부에서 별도 보정하거나 후처리해야 했다.
연구팀은 이런 문제를 해결하고자 생물학적 신경 구조와 학습방식에서 착안, 극단적인 환경 변화에도 적응 가능한 강유전체 기반 이미지 센서를 설계했다.
강유전체 분극 상태를 조절해, 감지된 빛 정보를 장시간 유지하고 선택적으로 증폭·억제할 수 있다. 복잡한 이미지 후처리 없이도 대비 향상, 밝기 보정, 노이즈 억제 등 기능을 수행할 수 있다.
비정형적 환경에 대응하기 위해 학습데이터 재구성이나 추가 학습 없이도 센서 내 처리만으로도 낮과 밤, 실내·외를 구분하지 않는 안정적인 얼굴 인식이 가능함을 입증했다. 또 제안한 소자는 합성곱 신경망(이미지·영상 데이터 처리 특화 딥러닝 구조)과 같은 기존 인공지능(AI) 학습 알고리즘과도 높은 호환성을 보였다.
송영민 교수는 “이번 연구는 기존에 주로 전기적 메모리 소자로 활용되던 강유전체 소자를 뉴로모픽 비전 및 인-센서 컴퓨팅 분야로 확장했다는 데 의의가 있다”며 “앞으로는 빛의 파장, 편광, 위상 변화까지 정밀 감지하고 처리할 수 있는 차세대 비전 시스템으로 발전시킬 계획”이라고 말했다.
과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 ‘어드밴스드 머티리얼즈’에 7월 28일 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
