UNIST 에너지화학공학과 d구팀은 친환경 생분해 재료만으로 이뤄진 고성능 인공 시냅스를 개발했다. [픽사베이]



사람은 뜨거운 물체를 만지면 반사적으로 손을 뗀다. 피부로 들어오는 강한 자극이 시냅스를 통해 빠르게 전달되는 덕분이다. 로봇이 사람보다 적은 에너지를 쓰면서도 이와 같은 반사 반응을 보이는 기술이 개발됐다.

고현협 UNIST 에너지화학공학과 교수팀은 친환경 생분해 재료만으로 이뤄진 고성능 인공 시냅스를 만들었다고 9일 밝혔다. 게 껍질 바다이야기프로그램 , 콩 추출물로 만들어 다 쓴 뒤에는 흙 속에서 완전히 분해되면서도 에너지 효율 면에서 뛰어나다.
사람의 신경 세포를 연결하는 시냅스는 아드레날린 같은 신호전달물질을 주고받는 역할을 한다. 한 신경세포에서 신호전달물질이 시냅스로 나오고, 연결되어 있는 다음 신경세포에 전달된다. 신경세포에는 신호전달물질을 받아들이는 수용체가 있다.
바다이야기꽁머니연구진이 개발한 인공 시냅스도 유사한 구조와 원리를 갖고 있다. 전기 자극을 주면 이온활성층에 있던 나트륨 이온이 방출돼 수용체 역할을 하는 이온결합층에 달라붙는다. 나트륨 이온이 호르몬 같은 신호전달물질인 셈이다.
실험 결과, 이번 인공 시냅스는 사람의 시냅스보다 더 적은 에너지를 사용해 신호를 전달했다. 사람의 경우, 1~1 바다이야기게임방법 0 펨토 줄의 에너지를 소비하는데, 인공 시냅스는 0.85 펨토 줄만 사용했다. 지구에서 100g 물체를 1미터 들어올리는 데 필요한 에너지가 1줄인데, 1펨토 줄은 1000조분의 1에 해당한다.
인공 시냅스는 사람처럼 자극을 오래 기억하는 기능도 갖췄다. 부딪히거나 뜨거운 물체를 잡았을 때 피부가 오래 얼얼한 것처럼, 인간의 시냅스는 장 오리지널골드몽 기기억 기능이 있다. 인공 시냅스 역시 자극을 약 100분간 기억하는 것으로 나타났다. 지금까지 개발된 분해성 인공 시냅스 중 가장 긴 시간이다.
연구진은 이를 활용해 뜨거운 물체를 만졌을 때 반사적으로 손을 떼는 로봇 손을 만들었다. 위험 수준의 열이 감지되면 신호가 손을 움직이는 모터로 직행해 뜨거운 물체를 바로 놓는 반사를 재현했다. 바다이야기모바일
온도가 높아지면 인공 시냅스의 이온결합층에 있는 이온 움직임이 활발해진다. 이를 활용하면 인공 시냅스에서 신호전달물질 역할을 하는 나트륨 이온이 활발하게 움직여 빠른 반사 반응을 구현할 수 있다.
인간 뇌에만 수십 조개의 시냅스가 있는 것처럼, 추후 로봇에도 상당한 수의 시냅스가 들어갈 것으로 예측된다. 로봇 생산량이 지금보다 많아지면 인공 시냅스 폐기물도 급증할 전망이다. 다만 이번 인공 시냅스는 친환경 재료로 만들어 이 같은 부담을 줄였다. 흙 속에서 16일 만에 모두 분해된다.
고 교수는 “인공 시냅스 기술에서 오랫동안 해결되지 않았던 초저전력·장기기억·기계적 안정성·완전 생분해성 문제를 동시에 해결했다는 데 의의가 크다”며, “지속 가능한 차세대 뉴로모픽 디바이스 개발의 기반을 마련한 중요한 전환점이 될 것”이라고 했다.



고현협 UNIST 에너지화학공학과 교수, 장유진 연구원(제1저자), 나상윤 박사(공동 제1저자), 노윤구 박사(공동 제1저자). [사진=UNIST]