[충청뉴스 이성현 기자] 외부의 기계적 자극에 스스로 전류 흐름을 조절하며, 초저전력으로 동작하는 기계자극 게이팅 이온 다이오드 소자가 국내 연구진에 의해 처음 개발됐다.
한국연구재단은 한양대학교 김도환 교수, KAIST 문홍철 교수 공동 연구팀이 인간의 감각을 모사하는 인공 촉각 시스템에 활용 가능한 이온 다이오드 신경소자를 개발했다고 12일 밝혔다.
연구팀은 새로운 분자설계 전략을 통해 고분자의 양·음이온 전도도의 균형을 정밀하고 맞추고 계면에 안정적이고 두꺼운 이온 고갈층을 형성해 외부자극에 자율적으로 반응하는 초저전력 인공 다이오드 신경소자를 개발했다.
새로운 소자는 로봇 손가락 부착 실험에서 실시간 압력 세기에 따라 LED 밝기가 단계적으로 조절되는 인간 촉각 모사형 반응을 보였다.
압력이 일정 기준을 넘을 때만 전류가 흐르는 임계 반응형 특성과 반복 자극에 반응이 점차 강화되는 시냅스 가소성도 구현했다.
또 정지 상태에서 펄스당 0.41nJ, 압력 작동 시 1.49nJ의 초저전력으로 동작하여 기존 트랜지스터 기반 신경소자 보다 약 10배에서 50배 이상 높은 에너지 효율을 달성했다.
김도환 교수는 “이번 연구는 기존 반도체 소재 기반 전자 제어가 아닌 이온을 이용한 정보 처리 시스템에 관한 것으로 학술적 의의가 크다”며 “생체 신경의 초저전력 전기화학적 신호 전달 원리를 인공소자에 구현한 점에서 인공지능형 감각 감지-신호 처리가 가능한 소자 개발의 새로운 돌파구로 평가된다”고 말했다.
문홍철 교수는 “기존 전자 트랜지스터 기반 시스템의 구조적 복잡성과 에너지 비효율 문제를 근본적으로 개선해 인공 촉각, 신경형 AI 등 지능형 촉각 신경망 및 자율 감지 로봇 플랫폼 개발로의 응용이 가능하다”고 설명했다.
