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인공지능시대(63): 후각인식 인공지능
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2022년 04월 29일 [주간문경] 
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| | | ↑↑ 지홍기
영남대학교 명예교수
문경대학교 특임교수
문경시지역발전협의회 의장 | ⓒ (주)문경사랑 | |
후각 수용체의 구조.
인공지능(AI)이 인간대신 장미나 레몬의 향기를 맡는다(인식한다). 희귀하거나 매우 비싼 기존 화학물질을 대체할 새로운 냄새 조합을 가진 화학물질을 빠르게 찾아낼 수도 있다. 더 자연스럽고 부드럽고 안전한 향이 나는 화학물질을 찾아 화장품이나 생활용품에 들어가는 향을 대체할 수도 있다. 또는 모기는 싫어하지만 인간에게는 쾌적한 냄새로 느껴지는 모기 퇴치제를 만들 수도 있다.
최근 미국의 캘리포니아 리버사이드대(UC리버사이드) 연구진이 인간의 후각을 대체해 다양한 분야에 활용할 수 있는 AI을 개발했다며 소개한 바 있다. 그동안 인간의 시각과 청각을 인지하는 AI 연구가 주류였지만 후각 연구는 드물었다. AI연구자들은 항상 알고리즘을 통해 인간의 감각의 측면을 복제하려고 노력해 왔다. 냄새의 화학적 구성을 바탕으로 서로 다른 냄새를 구별할 수 있는 AI를 만들어 내는 데 성공해 그 활용 가능성까지 관심이 집중되고 있다.
UC리버사이드 연구진은 화학 물질의 냄새를 이해하기 위해 머신러닝(기계학습)을 사용했는데 이는 음식 맛과 향기 산업의 잠재적 응용분야를 넓히는 돌파구를 마련해 준 성과로 평가된다. 즉, 분자․세포․시스템 생물학에서는 AI를 사용해서 “어떤 화학물질이 인간에게 어떤 냄새일지 예측할 수 있다” 즉, “독성을 갖거나 냄새가 강한 화학 물질, 예를 들어 화장품이나 생활용품에 들어가는 향을 더 자연스럽고 부드럽고 안전한 화학물질(향)로 대체할 수 있다”고 설명했다.
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| | ⓒ (주)문경사랑 | |
후각 AI기술
인간은 코에 거의 400개에 이르는 후각(냄새감지) 수용체(Odorant Receptors: ORs)를 갖고 있는데, 서로 다른 후각수용체들은 다른 화학물질 세트가 코로 들어오면 활성화되면서 다양한 화학 구조와 제품군을 감지할 수 있게 된다. 후각에서 중요한 문제는 후각수용체들이 어떻게 다른 지각적 특성이나 지각을 하게 해 주느냐는 것이다.
학자들은 “우리는 인간의 후각적 지각력을 모형화하기 위해 화학 정보학 및 기계학습을 이용했다”고 주장하고 있다. 즉, 기계학습은 레몬이나 장미의 화학적 특성을 평가하고 무엇이 화학적 냄새를 만드는지 배울 수 있다. 따라서 인간은 불가능하지만, 기계학습 알고리즘은 결국 새로운 화학물질이 어떤 냄새를 내는지 예측할 수 있다는 것이다.
따라서 컴퓨터가 지금까지 알려진 인간의 후각 수용체를 활성화시키는 화학적 특징을 학습하는 방법을 개발한 바 있다. 이 기술은 먼저, 34개의 인간 후각 수용체와 결합할 새로운 분자인 리간드(Ligand: 후각 수용체에 결합하는 항체․호르몬․약제 등의 분자)를 찾기 위해 약 50만 개의 화합물을 선별했다. 다음으로, 냄새 수용체 활동을 추정할 수 있는 알고리즘이 냄새 물질의 다양한 지각 특성을 예측할 수 있는지에 초점을 맞추고 있다.
후각인식 AI의 전망
따라서 기계학습 알고리즘은 많은 수의 화학적 변수를 분석하여 공통적인 구조와 패턴을 뽑아낸 다음 어떤 화학물질이 특정 냄새를 가질지 확인하는 것을 학습하게 된다. 이 알고리즘은 훈련을 받은 후 결국 AI훈련 데이터에 라벨(이름)이 붙어 있지 않아도 새로운 화학물질이 어떤 냄새를 내는지 알게 된다.
연구자들에 따르면, 화학물질 냄새에 대한 예측을 디지털화하는 것은 식품, 향, 향수 산업 등에서 어떤 화학물질이 사용될 수 있는지를 과학적으로 먼저 알아볼 수 있는 새로운 방법을 제공하고 있다. 따라서 이 방법으로 새로운 냄새 조합을 가진 화학물질을 빠르게 찾을 수 있으며, 특히 희귀해지고 있거나 매우 비싼 기존 화학물질을 대체할 수 있는 새로운 화학물질을 발견하는 데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 모기에게는 효과적이지만 인간에게는 쾌적한 냄새가 나는 모기 퇴치제를 만들 수 있을 것이다.
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