서울대 공대(학장 차국헌)는 재료공학부 이태우 교수와 인하대학교 박성진 교수 공동 연구팀이 탄화 질소 기반 이차원 물질을 이용하여 생체 시각 신경을 모사한 인공 시각 신경을 개발했다고 밝혔다. 이 교수팀은 개발한 시각 신경을 통해 자외선 대역의 빛 신호를 선택적으로 감지하고 해당 정보를 처리하여, 자외선 광 노출 정도를 생체 위험도에 따라 실시간으로 조절할 수 있는 스마트 윈도우 플랫폼을 구현하였다.
생체의 신경을 모사하는 뉴로모픽 전자 소자는 기존 폰노이만 컴퓨팅 기반 시스템이 갖고 있는 에너지 효율, 집적도, 및 데이터 처리 속도의 한계를 근본적으로 해결할 수 있는 기술로 인공지능 및 사물인터넷 분야에서 크게 각광받고 있다. 특히, 빛 감응형 뉴로모픽 전자소자는 인체 감각 정보의 80%를 담당하는 시신경 내 생체 시냅스(뉴런과 뉴런 사이의 연결부위, 학습과 기억에 영향)의 동작 특성을 효과적으로 모사할 뿐만 아니라, 외부 시각 정보의 감지가 가능하여 다양한 스마트 센서로의 활용이 기대되는 차세대 기술이다. 그러나, 종전 관련 연구들은 단순히 빛 감지 기능과 시냅스 특성을 하나의 전자소자에 집적하는 수준에만 머물렀을 뿐, 그 실질적 활용방안이 매우 제한적이었다.
연구팀은 특정 파장대역의 빛을 선택적으로 감지하여 외부의 자외선 위험도에 대한 판별이 가능한 빛 감응형 뉴로모픽 전자 소자를 개발하였다. 자외선광은 인체에 매우 유해함에도 불구하고, 인간 이외의 특정 조류 및 곤충에 의해서만 감지될 수 있는 파장 대역의 빛으로, 이를 실시간으로 감지하고 관련 정보를 처리할 수 있는 기술 개발은 가시광선 영역에 한정되어있는 인체의 시각을 확장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 헬스케어 산업과 의료 분야에서 대단히 중요하다.
본 연구에서는 자외선 대역의 빛을 강하게 흡수할 수 있는 탄화 질소 기반 이차원 물질을 합성하고, 이를 뉴로모픽 전자 소자의 광 흡수층으로 적용하여, 생체 수준의 저전력으로 구동 가능하며 자외선 대역의 빛에 선택적으로 반응하는 뉴로모픽 전자소자를 개발하였다. 또한, 이를 바탕으로, 외부 자외선을 감지하고 그 위험 정도에 따라, 실시간으로 자외선 노출 정도를 조절할 수 있는 스마트 윈도우 시스템을 구현해냈다.
본 연구 성과는 그 중요성을 인정받아 세계적으로 저명한 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스 (Advanced Materials)’에 1월 27일자 게재되었다.
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