몸에 부착하는 인공지능 센서, 머지않았다!

재료연, 차세대 웨어러블 엣지 뉴로모픽 컴퓨팅 반도체 소자 세계 최초 개발

□ 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환/ 이하 재료연) 에너지전자재료연구실 김용훈 박사 연구팀이 리튬 이온 박막을 투명 유연 기판에 적용해 고집적, 고유연성을 가지는 차세대 뉴로모픽 반도체 소자를 세계 최초로 구현하는 데 성공했다.

□ 본 기술은 유연 기판인 컬러리스 폴리이미드(Colorless Polyimide) 위에 리튬이온을 초박막화해 플라즈마 화학 기상 증착법으로 저온에서 합성한 2차원 나노소재와 접목한 것으로, 고집적 및 고유연성을 가진 차세대 인공지능 반도체 소자를 개발하는 기술이다. 10~30밀리미터(㎜)의 곡률 반경과 700번 굽혔다 폈다를 반복하는 유연 시험에도 뚜렷한 성능저하 없이 95% 수준의 높은 손글씨 패턴 인식률을 나타내는 것을 확인했다.

□ 기존 인공지능 반도체 소자 연구는 대부분 단단한 실리콘 기판을 기반으로 소자를 구현해, 웨어러블 형태의 기계적으로 유연하면서도 고신뢰성을 가지는 시냅스 반도체 소자를 구현하기에 어려운 점이 있었다. 본 연구팀은 선행연구로 진행된 리튬이온 초박막화 공정과 300℃ 이하의 저온에서 2차원 나노 소재를 합성하는 기술을 접목해, 고유연 기판 위에 반도체 공정기술을 이용하여 고집적, 고유연 인공지능 반도체 소자를 개발할 수 있었다.

□ 본 연구팀이 개발한 차세대 고집적 고유연 뉴로모픽 반도체 소자 기술은 기존 폰노이만 방식의 정보처리장치인 CPU와 정보저장장치인 메모리가 각각 필요하지 않고, 정보처리와 저장을 저전력으로 동시에 수행할 수 있는 뉴로모픽 반도체 소자 기술이다. 향후 웨어러블 저전력 지능형 센서 및 엣지 컴퓨팅의 핵심 소자로 활용이 가능하다.

□ 연구책임자인 재료연 김용훈 선임연구원은 “본 기술이 상용화되면 웨어러블 사물인터넷 기기 간 빅데이터 처리에 필요한 데이터 증가와 처리 지연 문제를 해결할 수 있을 것.”이라며, “또한 웨어러블 엣지 컴퓨팅과 신개념의 인공지능 햅틱 및 비전 센서 등 다양한 저전력 웨어러블 인공지능 디바이스까지 여러 분야에 확대 적용할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 말했다.

□ 본 연구성과는 과학기술정보통신부 지원으로 한국재료연구원 주요사업과 한국연구재단 소재혁신선도프로젝트를 통해 수행됐다. 또한 이번 연구 결과는 와일리(Wiley)에서 발행하는 세계적인 학술지인 ‘스몰 메소드(Small Methods, IF: 15.367/ 제1저자 박병진, 황승권 학생 연구원)’ 3월호에 3월 24일자로 게재됐다.