성균관대, 빛으로 학습하는 인공 시신경 반도체 소자 개발

[이데일리 김응열 기자] 성균관대 연구진이 반도체 구조를 정밀하게 제어해 빛 자극만으로 학습과 기억 기능을 구현하는 광전자 시냅스 소자를 개발했다.

(윗줄 왼쪽부터)성균관대의 김태성 기계공학부 교수(교신저자), 제1저자 이진형 석박통합과정생, 김건형 박사과정생, (아랫줄 왼쪽부터)이동호 박사과정생, 손서우 박사과정생, 석현호 박사후연구원. (사진=성균관대)

성균관대는 기계공학부의 김태성 교수 연구팀이 반도체 구조를 원하는 형태로 설계하고 빛만으로 학습과 기억이 가능한 광전자 시냅스 소자를 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구에는 IBS 양자나노과학 연구단과 한국기계연구원이 공동 참여했다.

인공지능(AI)과 초연결 시대가 본격화되면서 방대한 영상 데이터를 실시간 감지하고 처리하는 뉴로모픽 비전 시스템의 중요성이 커지고 있다. 뉴로모픽은 인간 뇌의 신경망 구조와 작동 방식을 모방한 차세대 컴퓨팅 기술을 말한다.

뉴로모픽 비전 시스템의 중요성이 커지면서 광전자 시냅스가 빛 신호를 활용해 인간의 신경세포와 시냅스 기능을 모방하는 핵심 기술로 주목받고 있다. 다만 기존 소재는 구조를 정밀하게 제어하기 어렵고 대면적에서 균일한 성능을 확보하는 데 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 차세대 초박막 반도체 소재인 반데르발스 물질에 특수 플라즈마 공정을 적용해 하나의 소재 안에 서로 다른 구조를 동시에 구현했다. 이를 통해 별도의 복잡한 공정 없이 빛 자극에 반응하는 인공 시신경 소자를 제작하는 데 성공했다.

연구팀은 해당 소자가 빛 자극에 따라 학습과 기억 기능을 구현할 수 있다는 점을 규명했다. 또 AI 이미지 인식 실험에서 96.24%의 높은 정확도를 기록했으며 기존 구조보다 기억 유지 성능도 34.7% 향상된 것으로 나타났다.

김태성 교수는 “이번 연구 결과는 차세대 뉴로모픽 반도체와 AI 하드웨어 개발에 폭넓게 쓰일 수 있을 것”이라고 말했다.