▲ 생물체의 촉각 신경과 인공 촉각 신경의 비교

서울대 재료공학부 이태우 교수와 스탠포드대 제난 바오 교수 공동 연구팀이 플렉서블한 유기 소자를 이용하여 생물의 촉각 신경을 모사하는 인공 감각 신경을 개발했다고 밝혔다.

이 교수팀은 개발한 신경을 이용해 움직이지 않았던 곤충의 다리를 제어하고, 시각 장애인용 점자 정보를 처리하는 데도 성공했다. 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘사이언스(Science)’에 6월 1일자로 게재됐다.

서울대 연구팀은 플렉서블한 유기 소자를 이용해 생물학적 촉각 신경의 동작 원리를 모사하는 인공 촉각 신경을 구현했다. 인공 촉각 신경은 생체 피부 촉각 수용체를 흉내내는 압력 센서, 생체 뉴론을 흉내내는 유기 링오실레이터, 생체 시냅스를 흉내내는 유기 시냅스 트렌지스터로 구성되어 있다.

인공 촉각 수용체로부터 받은 압력 정보는 인공 뉴론을 거치며 활동 전위로 바뀌게 되고, 여러 활동 전위들이 모여 인공 시냅스를 자극하게 되어 물체의 울퉁불퉁함, 물체 움직임 방향, 시각 장애인용 점자 정보를 처리했다. 나아가 움직이지 못하는 곤충의 다리에 있는 생물학적 운동 신경과 인공 촉각 신경을 연결하여 움직임을 제어했다.

▲ 인공 촉각 신경과 생물학적 운동 신경을 연결하여 운동을 조절한다.

생체 신경의 기능이나 신호처리 방식을 직접적으로 모사할 수 있는 유기 소자를 이용하면 생체 신경 모사 시스템의 설계를 간단하게 하거나 전력 소모를 줄일 수 있다. 또 유기 소자는 화학적으로 특성을 조절하기 용이하고, 인쇄 공정과 호환이 가능하여 대면적 시스템을 저가에 만들 수 있으며, 플렉서블한 특성 덕분에 생물체처럼 유연하게 만들 수 있다는 장점을 가진다.

이태우 교수는 “향후 생물체와 같이 행동하는 로봇을 개발하거나 생물체와 호환성이 높은 생체모사 장치 및 신경 보철 등을 개발하는 등 생체 모사 및 뉴로모픽 전자 소자 기술의 새로운 패러다임으로 자리매김할 것으로 기대된다”며, “사람 같이 행동하는 로봇, 신경 일부분에 장애가 있는 사람들을 위한 보철장치 개발 등에 새로운 이정표를 제시할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업, 글로벌 프론티어 소프트일렉트로닉스 연구단, 서울대학교 창의선도 신진 연구자 지원사업의 지원으로 수행됐다