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연구 인터뷰

뇌 연구하는 반도체 연구원의 도전 "오감 느끼는 똑똑한 소재 우리 손으로"

등록일 : 2022-02-23

조회수 : 457

 

윤정호 전자재료연구센터 박사, 위험 자극 알리는 반도체 전자소자 개발

약한 자극엔 적응, 위험한 자극엔 고통 느껴...인간과 유사

"인공피부·장기 및 휴머노이드 로봇 개발 도움 될 것"

KIST에서 연구원 생활을 시작하며 '뉴로모픽 컴퓨팅' 연구에 남다른 열정을 보였던 윤정호 전자재료연구센터 박사가 사람처럼 위험한 자극을 알아차리는 똑똑한 전자소자를 개발하는데 성공했다.

인간의 감각(▲시각 ▲청각 ▲미각 ▲촉각 ▲후각)중 외부자극을 인지하고 추론하는데 필요한 데이터를 데이터베이스화 할 수 있는 반도체 센서시스템을 구현한 만큼 인체 감각모사 휴머노이드, 인공피부, 인공장기 등 개발을 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

실험실에서 본 위험한 자극을 알리는 반도체 전자소자는 눈으로 확인하기 어려울 정도로 작았다. 이 작은 전자소자가 어떻게 사람의 몸에서 발생하는 신호를 모방하고 구현할 수 있을까. 그 비밀을 윤 박사를 만나 풀어봤다.

 

 

우리 뇌, 작은 자극 인지하지 않아 효율적? "그대로 모사"

  

"인간의 감각은 시간이 지남에 따라 순응해요. 코를 찌르던 냄새, 안경 혹은 벨트의 불편함이 익숙해지는 것처럼요. 아픈 건 아프다 느끼고, 약한 자극에는 적응하는 시스템 구현을 해야 사람 같은 신경시스템을 완벽하게 구현할 수 있다고 생각했습니다."

뉴로모픽 컴퓨팅은 인간의 뇌를 모사하는 알고리즘이다. CPU와 메모리간 데이터를 처리하며 에너지 소모가 많은 컴퓨터와 달리 인간의 뇌처럼 전력소모가 적다는게 장점이다.

윤 박사는 KIST에 근무하기 전부터 뉴로모픽 컴퓨팅을 위한 소재와 소자기술을 연구 개발했다. 2018년 인간 피부에서 아픔을 느끼는 통각수용계 모사 반도체 전자소자를 세계 최초로 발표해 주목을 받은 바 있다. 해당 연구는 연 40회 이상 피인용 되고 있다.

이번 연구는 2018년 후속연구다. 지난 연구가 단순히 아픔만 끼는 반도체 전자 소자였다면, 이번엔 사람의 피부처럼 약한 자극에는 적응해 아프다 느끼지 않고 위험한 자극에는 고통을 느껴 반응한다.

그가 통증에 관심 갖는 이유는 효율적인 뇌의 활동과도 연관이 있다. 윤 박사는 "우리 뇌는 무시할 정도의 자극은 인지하지 않는다. 작은 통증에도 다 반응하면 효율적으로 작동하기 어렵다. 이를 모방하고 싶었다"며 "이 외에도 헬스케어 측면에서 중요한 것 중 하나가 사람을 고통으로부터 지켜주는 것으로 생각해 고통 감지 센서시스템을 개발하게됐다"고 설명했다.

 

자극전달의 핵심, 은에 주목하다

 

윤 박사는 고통감지 전자소자를 개발하기 위해 인간의 뇌 작용 및 신경시스템 작동 관련 논문을 다양하게 찾았다. 그리고 온도의 경우 사람은 50도 이상을 강한 통증으로, 50도 이하는 약한 자극으로 인식한다는 것을 확인했다. 이 감각을 그대로 고통감지 전자소자에 적용했다.

그렇다면 자극은 어떻게 전달할까. 그는 전기적 자극에 의해 쉽게 이동하는 '은'에 주목하고, 은 입자의 양을 조절해 외부 자극 정도를 전달했다.

윤 박사에 따르면 약한 자극에는 그만큼 적은 양의 은 입자가 이동을 하게 되는데, 그때 나노 크기 실선 형태의 약한 필라멘트가 형성되고, 마치 백열전구의 필라멘트처럼 발열이 발생해 전기회로가 끊어진다. 이러한 특성을 기반으로 반복되는 외부의 약한 자극은 시간이 지남에 따라 흐르는 전류량을 줄여 추가 신호를 발생하지 않도록 할 수 있다.

 

 

반도체 전자소자를 연구개발하는 데 필요한 장비

  

윤박사팀이 연구개발하는 반도체 전자소자는 눈에 보이지 않을 정도로 작아 연구개발에 장비를 필요로 한다.

 

 

 

반면, 많은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 두껍고 강한 필라멘트에 의해 전기회로가 만들어지고 열이 발생해도 쉽게 끊어지지 않는다. 이런 원리를 이용해 강한 자극이 가해질 때는 지속해서 고통을 느낄 수 있도록 신호를 발생시키는 것이다.

그는 "인체나 휴머노이드 등에 적용할 인공신경시스템은 외부환경에 빨리 적용하는 것이 중요해 전압 하에서 빠른 이동이 필요하다. 은 입자는 전기적 자극에 의해 쉽게 이동하는 성질을 가져 뇌에 전달하는 생체 신호 강도 조절에 용이할 것으로 봤다"면서 "구리도 은과 비슷한 성질을 가진다. 상용화를 위해서는 경제적인 부분이 중요하기 때문에 추후 구리를 사용해 연구도 해볼 수 있을 것"이라고 말했다. 

 

종합연구소 KIST에서 더 많은 기회 찾을 것

 

"뉴로모픽 컴퓨팅 연구에서 뇌의 뉴런이나 시냅스 등을 모사하는 연구가 주로 이뤄지는데 왜 신경시스템을 연구하느냐 의문을 가진 분들도 있었어요. 하지만 외부자극들을 데이터베이스화하는 기술도 뉴로모픽 컴퓨팅 연구에 포함된다고 생각해요. 모든 감각을 종합적으로 잘 전달하는 소자를 개발해야 완벽하고 빠른 인간의 뇌를 모사할 수 있지 않을까요."

그는 "약한 자극에 순응하는 시스템을 만드는 것은 쉬운 일이 아니었다"고 회상했다. 무엇보다 열을 전기적 신호로 바꿔 외부신호에 반응하는 시스템에 적합한 열전소자를 찾는데도 많은 시간이 걸렸다. 뉴로모픽 컴퓨팅 연구에서 주로 다뤄지는 뉴런과 시냅스 모사연구가 아닌 신경시스템 연구에 의문을 갖는 사람도 많아 주변 설득도 쉽지 않았다. 하지만 그는 모든 감각을 종합적으로 전달하는 소자야말로 인간의 뇌를 모사한 뉴로모픽 컴퓨팅 실현을 가능하게 할 것으로 기대했다.

 

 위험한 자극을 알리는 반도체 전자소자를 개발한 윤 박사.

 

 

윤 박사는 앞으로 KIST에서 하고 싶은 연구가 많다. 현재 진행 중인 외부자극뿐 아니라 뇌의 시냅스와 뉴런을 모사하기 위한 소자 개발 등 뉴로모픽 컴퓨팅 연구를 지속하고 싶다. 또 전문분야이기도 한 차세대 메모리 반도체 관련 연구도 하고 싶다.

윤 박사는 "뉴로모픽 컴퓨팅 연구를 하면서 융합연구의 중요성을 절실히 느끼고 있다. 뇌를 모사하기 위해 인간 신체, 여러 감각을 전기적 신호로 바꾸는 센서 연구 등이 통합적으로 필요하기 때문"이라며 "종합연구가 가능한 KIST에서 그 기회를 찾을 것"이라고 말했다. 

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한국과학기술연구원은 개인정보의 처리업무를 위탁하는 경우 다음의 내용이 포함된 문서에 의하여 처리하고 있습니다. - 위탁업무 수행 목적 외 개인정보의 처리 금지에 관한 사항 - 개인정보의 관리적·기술적 보호조치에 관한 사항 - 개인정보의 안전관리에 관한 사항 위탁업무의 목적 및 범위, 재위탁 제한에 관한 사항, 개인정보 안전성 확보 조치에 관한 사항, 위탁업무와 관련하여 보유하고 있는 개인정보의 관리현황점검 등 감독에 관한 사항, 수탁자가 준수하여야할 의무를 위반한 경우의 손해배상책임에 관한 사항 또한, 위탁하는 업무의 내용과 개인정보 처리업무를 위탁받아 처리하는 자(“수탁자”)에 대하여 해당 홈페이지에 공개하고 있습니다. 한국과학기술연구원은 원활한 개인정보 업무처리를 위하여 다음과 같이 개인정보 처리업무를 위탁하고 있습니다. [시스템 운영] - 수탁자 : ㈜워드앤코드 - 위탁업무내용 : 시스템 운영 및 유지보수 - 개인정보의 보유 및 이용기간 : KIST 견학 완료일로부터 1년 정보주체와 법정대리인이 권리·의무 및 그 행사방법 개인정보주체는 다음과 같은 권리를 행사 할 수 있으며, 만14세 미만 아동의 법정대리인은 그 아동의 개인정보에 대한 열람, 정정·삭제, 처리정지를 요구 할 수 있습니다. 또한, 개인정보주체가 개인정보 열람, 정정·삭제, 처리정지를 요구한 경우 처리요구를 받은 날로부터 10일 이내에 그 결과를 알려야 하며, 처리요구가 완료되기 전까지는 개인정보의 이용 및 제공을 제한하고 있습니다. 가. 개인정보 열람 요구 한국과학기술연구원에서 보유하고 있는 개인정보파일은 「개인정보보호법」제35조(개인정보의 열람)에 따라 자신의 개인정보에 대한 열람을 요구할 수 있습니다. 다만, 아래에 해당 하는 경우에는 법 제35조 5항에 의하여 열람을 제한할 수 있습니다. - 법률에 따라 열람이 금지되거나 제한되는 경우 - 다른 사람의 생명·신체를 해할 우려가 있거나 다른 사람의 재산과 그 밖의 이익을 부당하게 침해 할 우려가 있는 경우 - 공공기관이 다음 각 목의 어느 하나에 해당하는 업무를 수행할 때 중대한 지장을 초래하는 경우 1) 조세의 부과·징수 또는 환급에 관한 업무 2) 「초·중등교육법」및「고등교육법」에 따른 각급 학교,「평생교육법」에 따른 평생교육시설, 그 밖의 다른 법률에 따라 설치된 고등교육기관에서의 성적 평가 또는 입학자 선발에 관한 업무 3) 학력·기능 및 채용에 관한 시험, 자격 심사에 관한 업무 4) 보상금·급부금 산정 등에 대하여 진행 중인 평가 또는 판단에 관한 업무 5) 다른 법률에 따라 진행 중인 감사 및 조사에 관한 업무 나. 개인정보 정정·삭제 요구 한국과학기술연구원이 보유하고 있는 개인정보파일은 「개인정보보호법」제36조(개인정보의 정정·삭제)에 따라 정정·삭제를 요구할 수 있습니다. 다만, 다른 법령에서 그 개인정보가 수집 대상으로 명시되어 있는 경우에는 그 삭제를 요구할 수 없습니다. 다. 개인정보 처리정지 요구 한국과학기술연구원이 보유하고 있는 개인정보파일은 「개인정보보호법」 제37조(개인정보의 처리정지 등)에 따라 처리정지를 요구할 수 있습니다. 다만, 아래에 해당하는 경우에는 법 제37조 2항에 의하여 처리정지 요구가 거절될 수 있습니다. - 법률에 특별한 규정이 있거나 법령상 의무를 준수하기 위하여 불가피한 경우 - 다른 사람의 생명·신체를 해할 우려가 있거나 다른 사람의 재산과 그 밖의 이익을 부당하게 침해 할 우려가 있는 경우 - 공공기관이 개인정보를 처리하지 아니하면 다른 법률에서 정하는 소관 업무를 수행할 수 없는 경우 - 개인정보를 처리하지 아니하면 정보주체와 약정한 서비스를 제공하지 못하는 등 계약의 이행이 곤 란한 경우로서 정보주체가 그 계약의 해지 의사를 명확하게 밝히지 아니한 경우 개인정보의 파기 한국과학기술연구원은 원칙적으로 개인정보의 이용 목적이 만료되면 지체없이 파기합니다. 가. 파기 절차 - 개인정보는 목적 달성 후 즉시 또는 별도의 공간에 옮겨져 내부방침 및 기타 관련법령에 따라 일정기간 저장된 후 파기됩니다. 별도의 공간으로 옮겨진 개인정보는 법률에 의한 경우가 아니고서는 다른 목적으로 이용되지 않습니다. 나. 파기 방법 - 보유기간이 만료되었거나 개인정보의 처리목적달성, 해당 업무의 폐지 등 그 개인정보가 불필요하게 되었을 때에는 지체없이 파기합니다. 전자적 파일형태의 정보는 기록을 재생할 수 없는 기술적 방법을 사용합니다. 종이에 출력된 개인정보는 분쇄기로 분쇄하거나 소각을 통하여 파기합니다. 개인정보 안전성 확보 조치 한국과학기술연구원은 아래와 같이 개인정보의 안전성을 확보하기 위한 조치를 시행하고 있습니다. 가. 개인정보 취급직원의 최소화 및 교육 개인정보를 취급하는 직원은 반드시 필요한 인원에 한하여 지정 · 관리하고 있으며 취급직원을 대상으로 안전한 관리를 위한 교육을 실시하고 있습니다. 나. 개인정보에 대한 접근 제한 개인정보를 처리하는 데이터베이스시스템에 대한 접근권한의 부여·변경·말소를 통하여 개인정보에 대한 접근통제를 위해 필요한 조치를 하고 있으며 침입차단시스템을 이용하여 외부로부터의 무단 접근을 통제하고 있습니다. 다. 접속기록의 보관 개인정보처리시스템에 접속한 기록(웹 로그, 요약정보 등)을 최소 6개월 이상 보관·관리하고 있습니다. 라. 개인정보의 암호화 개인정보는 암호화 등을 통해 안전하게 저장 및 관리되고 있습니다. 또한, 중요한 데이터는 저장 및 전송 시 암호화하여 사용하는 등 별도 보안기능을 사용하고 있습니다. 마. 보안프로그램 설치 및 주기적 점검·갱신 해킹이나 컴퓨터 바이러스 등에 의한 개인정보 유출 및 훼손을 막기 위하여 보안프로그램을 설치하고 주기적으로 갱신·점검하고 있습니다. 바. 비인가자에 대한 출입 통제 개인정보를 보관하고 있는 개인정보시스템의 물리적 보관 장소를 별도로 두고 이에 대해 출입통제 절차를 수립, 운영하고 있습니다. 개인정보 자동수집 장치의 설치, 운영 및 거부에 관한 사항 ① 한국과학기술연구원은 이용자에게 개별적인 맞춤서비스를 제공하기 위해 이용정보를 저장하고 수시로 불러오는 ‘쿠기(cookie)’를 사용합니다. ② 쿠키는 웹사이트를 운영하는데 이용되는 서버(http)가 이용자의 컴퓨터 브라우저에게 보내는 소량의 정보이며 이용자의 PC 컴퓨터내의 하드디스크에 저장되기도 합니다. 가. 쿠키의 사용목적: 이용자가 방문한 각 서비스와 웹 사이트들에 대한 방문 및 이용형태, 인기 검색어, 보안접속 여부, 등을 파악하여 이용자에게 최적화된 정보 제공을 위해 사용됩니다. 나. 쿠키의 설치∙운영 및 거부 : 웹브라우저 상단의 도구>인터넷 옵션>개인정보 메뉴의 옵션 설정을 통해 쿠키 저장을 거부 할 수 있습니다. 다. 쿠키 저장을 거부할 경우 맞춤형 서비스 이용에 어려움이 발생할 수 있습니다. 개인정보 열람청구 - 정보주체는 개인정보 보호법 제35조에 따른 개인정보의 열람 청구를 아래의 부서에 할 수 있습니다. 한국과학기술연구원은 정보주체의 개인정보 열람청구가 신속하게 처리되도록 노력하겠습니다. ▶ 개인정보 열람청구 접수․처리 부서 부서명 : 홍보팀 담당자 : 임두리 연락처 : 02-958-6416 / two_ri@kist.re.kr - 정보주체는 제1항의 열람청구 접수․처리부서 이외에, 행정안전부의 ‘개인정보보호 종합지원 포털’ 웹사이트(www.privacy.go.kr)를 통하여서도 개인정보 열람청구를 하실 수 있습니다. ▶ 행정안전부 개인정보보호 종합지원 포털 → 개인정보 민원 → 개인정보 열람등 요구 (공공아이핀을 통한 실명인증 필요) 권익침해 구제방법 개인정보주체는 개인정보침해로 인한 피해를 구제 받기 위하여 개인정보 분쟁조정위원회, 한국인터넷진흥원 개인정보 침해신고센터 등에 분쟁해결이나 상담 등을 신청할 수 있습니다. ☞ 개인정보 분쟁조정위원회 : 1833-6972 (www.kopico.go.kr) ☞ 개인정보 침해신고센터 : (국번없이) 118 (privacy.kisa.or.kr) ☞ 대검찰청 사이버범죄수사단 : 02-3480-3571(cybercid@spo.go.kr) ☞ 경찰청 사이버안전국 : (국번없이) 182(cyberbureau.police.go.kr) 개인정보보호 책임자 및 담당자 연락처 개인정보보호책임자 및 담당자 연락처 개인정보 보호책임자 경영지원본부장 강구인 개인정보 보호담당자 사이버보안팀장 최연호/사이버보안팀 안종욱 개인정보취급자 부서명 : 홍보팀 담당자 : 임두리 연락처 : 02-958-6416, two_ri@kist.re.kr Fax.02-958-6149 개인정보처리방침의 변경 이 개인정보처리방침은 시행일로부터 적용되며, 법령 및 방침에 따른 변경내용의 추가, 삭제 및 정정이 있는 경우에는 가능한 변경사항의 시행 7일 전부터 공지사항을 통하여 고지할 것입니다. 단, 분야별로 관리되는 개인정보파일 수량 및 개인정보 보호책임자 변경 시는 고지를 생략합니다. ① 본 방침은 2020년 7월 1일부터 시행됩니다.

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