신소재공학부 이내응 교수 연구팀, 

생물학적 후각계의 화학감각 신경을 모방한 인공 화학감각 신경 시냅스 개발

- 사람의 후각을 닮은 인공 화학감각 신경 시냅스 개발

▲ (왼쪽부터) 신소재공학부 이내응 교수, Atanu Bag 연구교수, Hamna Haq Chouhdry 박사과정생

신소재공학부 이내응 교수 연구팀은 인간 후각계의 화학감각 뉴런을 모방한 인공 화학감각 신경 시냅스를 개발했다고 28일 밝혔다. 이 연구결과는 2월 Nature Communications지에 게재되었으며 Editor Highlights 웹페이지의 "Device" 섹션에서 특집 연구로 선정되었다.

인간의 감각 신경시스템을 모방하여 에너지 효율적이고 지능적인 신호 처리를 구현하는 뉴로모픽(Neuromorphic) 센서 공학에 대한 연구 노력이 커지고 있다. 앞으로 인공 감각 시스템은 장치 수준에서 감지, 필터링, 적응 및 기억하는 지능형 센서 시스템으로 발전하여 미래 인간 신경계의 감각처리 기능을 모방하는 뉴로모픽 인지 기술에 적용 될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이번 연구는 생물학적 후각 시스템에서 화학감각 뉴런의 흥분성 및 억제성 시냅스 기능을 모방하였으며, 화학감응성 이온겔에서 가스 분자와 이온의 상호작용에 의해 생성된 전위에 의해 게이팅되는 유연한 유기 전기화학 트랜지스터를 기반으로 한 소자가 새롭게 제안되었다.

▲ 생물학적 및 인공 화학 감각 시냅스의 비교

제안된 소자에서는 전기적 및 화학적 자극의 동시 자극 하에서 감각 신호의 감지, 기억, 적응, 망각 등의 기능을 구현했다. 화학감응성 이온겔과 유기 반도체 채널을 결합하면 화학적 자극에 대한 반응으로 신호의 전처리 및 장기 유지 기억이 가능하며, 흥분성 화학 자극의 장기 기억은 화학 반응성 이온겔 게이트 전해질에서 이온 역학으로 인한 억제성 전기 자극을 적용하여 지울 수도 있다고 한다.

▲ 흥분성 화학 및 억제성 전기 자극 하에서 소자 동작

이내응 교수는 “이번 제안 소자의 개념은 센서의 감지 중 에너지 소모 및 데이터양을 획기적으로 줄일 수 있어 향후 인간 감각계 모방 뉴로모픽 인지기능 구현을 위한 인공 화학 감각 시스템 및 인공코에 대한 연구의 확장에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 설명했다.

이내응 교수가 교신저자, Atanu Bag 연구교수가 공동교신저자, 박사과정중인 Hamna Haq Chouhdry학생이 제1저자로 참여한 본 연구는 교육부 및 과학기술정보통신부가 한국연구재단을 통해 각각 지원하는 대학중점연구소 및 중견연구자 지원사업을 통해 이루어졌다.