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인공지능세대(30): 인공지능 코(후각기술)
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2021년 05월 28일 [주간문경] 
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| | | ↑↑ 지홍기
영남대학교 명예교수
문경대학교 특임교수
문경시지역발전협의회 의장 | ⓒ (주)문경사랑 | |
후각의 기본감각
사람의 코는 수많은 냄새를 감지할 수 있으며, 숨을 들이쉬면 주변의 냄새 분자가 콧마루 뒤의 비강으로 흘러 점액에 흡수되고 이 점액은 500만개의 신경세포(뉴런)로 구성된 후각(Smell) 상피를 자극하게 된다.
후각이 예민한 개는 후각상피가 인간보다 44배나 많다. 시각이나 청각이 물리적인 자극을 감지하는 감각작용인 반면에 후각은 화학물질들을 감지하는 화학적 레이더 장치라고 할 수 있다.
후각 뉴런의 한끝은 비강 쪽으로 나와 있고 다른 끝은 뇌로 연결되며, 비강 끝에는 섬모(솜털)가 달려 있어 이 섬모의 표면에 냄새 수용기가 있다. 공기와 직접 접촉하는 수용기 세포는 냄새 자극이 포착되면 전기신호를 발생하며, 이 신호는 후각 뉴런의 다른 끝을 통해 뇌의 후각 피질로 전달되어 냄새를 판별하게 된다.
후각 수용기
후각 수용기는 후점막에 접촉된 물질에만 반응하며, 수용기에 후각물질 분자가 접촉되면 수용기 전압이 발생한다. 그러나 그 물질분자가 전압을 유발시키는 기전은 잘 알 수 없지만 후각물질 분자는 20여개의 탄소분자를 가진 물질들이다. 그러나 동일한 수의 탄소분자를 포함하고 있는 물질이라도 그 화학구조의 배열이 다르면 다른 냄새를 나타낸다.
후각의 기전은 물질분자가 화학적 반응에 의해서 후점막에 있는 효소계를 불활성화 하기 때문이고, 후각물질 분자가 전기적 상태의 변동에 따라 수용기 세포의 표면을 변동시키며, 후각물질 분자가 수용기 세포막의 투과성을 변화시킴으로써 느끼게 된다. 또한 냄새 발생 방향의 식별은 두 코 속에 후각물질 분자가 도달하는 시간의 미묘한 차에 의해서 결정되며, 후각은 개인차가 클 뿐만 아니라 신체조건이나 환경조건에 의해서도 현저히 변동한다.
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| | ⓒ (주)문경사랑 | |
인공지능 코
사람은 2,000~4,000 종의 다른 냄새를 식별할 수 있는 능력을 지니고 있다. 그러나 인체의 후각에서는 주관적 실험을 통해서 냄새의 질을 몇 가지인지 분명하게 가려내지 못하고 있다. 인공지능 코(Artificial Nose)는 일상생활 중에 냄새로서 수많은 물질들을 식별할 수 있다.
세포의 호흡 시에 분비되는 다양한 방향족 화학물질을 인공코를 이용해 분별 감지함으로써 이 호흡 분비물을 이용해 향후 암세포를 감지할 수 있는 가능성까지 기대하고 있다. 또한 노트북 컴퓨터 형태에 인공지능 코 센서를 넣어 카메라로 찍으면 휴대하면서 냄새의 감지가 가능하게 되었다.
전자 코
전자 코(Electronic Nose)는 반도체 산화물 기반으로 사람 코의 후각세포에 해당하는 초정밀 센서와 사람 뇌의 후각 피질에 해당하는 컴퓨터로 구성돼 있다. 사람의 후각세포 기능과 같이 전자코의 초정밀 센서가 뇌의 후각 정보처리 방식을 모방한 패턴인식 소프트웨어가 냄새를 감별하게 된다. 전자코는 사람의 코가 오랫동안 학습을 통해 냄새를 지각하는 것처럼 냄새에 대한 일정한 정보를 반복해 입력하면 이를 기억해둔 뒤에 냄새를 인식하게 된다.
전자 코의 핵심은 인공지능 코가 냄새를 기억하고, 새로운 냄새를 학습을 통해 배운 뒤 최종 판별하는 역할을 한다. 전자코에서 냄새를 맡는 후각세포의 기능은 6개의 금속산화물 감지기(센서)가 하게 된다. 이들은 각각 탄화수소, 알코올, 암모니아 등 맡는 화학성분이 다르다. 6개의 센서가 맡은 냄새를 종합하면 식품별로 일정한 형태의 그래프를 얻고, 이는 특정 식품의 냄새 지문과 같은 역할을 하게 된다.
바이오 나노 전자 코
따라서 반도체 산화물 기반의 전자 코는 상대적으로 분자의 크기가 큰 냄새 분자들을 선택적으로 모니터링 하는데 한계가 있어, 이를 대체하기 위해서 포유류 세포나 후각 수용체와 같은 생체 물질을 기반으로 하는 바이오 나노 전자 코(Bio Nano Electronic Nose) 시대로 이행되고 있다.
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