부산대, 사람 '망막' 닮은 차세대 이미지 센서 개발

사람처럼 보는 차세대 곡면형 이미징 소자로 신호 처리까지 한번에

부산대학교 국제공동연구팀이 사람 눈의 망막을 닮은 차세대 이미지 센서를 개발했다. 기존의 이미지 센서와는 다르게 촬상과 동시에 신호 처리가 가능해 저전력·고효율 인공지능 비전 시스템의 구현이 기대된다.

20일 부산대학교는 심현석 전기전자공학부 교수 국제공동연구팀이 망막과 뇌가 직결되는 인간의 시각 경로처럼 빛을 보고 처리하고 기억하는 기능을 단일 구조에서 동시에 수행하는 차세대 곡면형 뉴로모픽(뇌신경모사형) 이미징 소자를 개발했다고 밝혔다.

종래의 이미지 센서는 빛을 전기 신호로 변환하는 역할에만 머물며 인식·판단 등 고차 처리는 별도의 NPU(신경망처리장치) 또는 DRAM에서 맡는다. 이 과정에서 고용량의 데이터가 전송될 경우 발생하는 병목 현상이나 블랙아웃, 전력 소모 증가 등의 문제는 업계의 과제로 남았다. 반면 인간의 망막은 빛을 감지하는 동시에 신경 신호를 전처리할 수 있다.

▲부산대학교 국제공동연구팀이 사람 눈의 망막을 닮은 차세대 이미지 센서를 개발했다.ⓒ부산대학교

연구팀은 이 점에 주목해 태양전지가 빛을 전기 신호로 변환하고 이 전기 신호가 시냅스 트랜지스터의 입력으로 다시 사용되는 2단 직렬 시냅스 메커니즘을 제안했다. 특히 전기 신호가 간격 자극이 단기간 누적돼 반응이 증폭되는 PPF 특성을 자연스럽게 포함하면서 신호 전처리 단계에서 생물학적 시냅스와 유사한 시간적 누적 효과를 구현했다는 것이 연구팀의 설명이다.

연구팀은 실리콘 태양전지와 전해질 기반 시냅스 트랜지스터를 직렬로 연결한 2단 직렬 광전 시냅스 구조를 통해 인간 망막에서 나타나는 시냅스 촉진 특성을 높은 수준으로 구현했다. 이를 다수 집적한 키리가미 구조 기반 설계 사람 눈과 유사한 곡률의 곡면 소자를 통해 촬상과 동시에 신호 전처리 및 데이터 보존이 가능함을 실증했다.

이번 성과는 기존 단일 시냅스 소자 대비 신호 증폭률과 기억 특성을 크게 개선하는 동시에 뉴로모픽 학습의 정확도를 개선했다. 나아가 곡면 설계를 통해 인간의 눈과 유사한 형태의 이미징 시스템을 실현했다. 이에 따라 기존 이미지 센서가 가졌던 데이터 병목 등의 한계를 극복하고 차세대 저전력·고효율 인공지능 비전 시스템을 실현할 핵심 기술로 주목되고 있다.

심현석 부산대학교 교수는 "이번 연구를 통해 인간의 시각 경로처럼 '보고 처리하고 저장하는' 전자 시스템 구현에 한 걸음 더 다가갈 수 있게 됐다"고 전했다.