|
|
|
|
인공지능시대(64): 촉각인식 인공지능
|
|
2022년 05월 10일(화) 17:02 [주간문경] 
|
|
|
| 
| | | ↑↑ 지홍기
영남대학교 명예교수
문경대학교 특임교수
문경시지역발전협의회 의장 | ⓒ (주)문경사랑 | |
촉각 인식
촉각 인식기술은 인체의 신경 신호를 모사한 인공 감각 인터페이스이며, 최근 가상(VR)․증강(AR) 현실과 메타버스(3차원 가상세계) 분야에서 인공 감각 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 인체의 감각기관처럼 정교하게 구현하기가 쉽지 않다. 사람은 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 압력, 진동 등 정보를 조합해 촉각을 감지하는데, 작동 원리가 복잡해 모사하기가 어려웠다.
이 기술은 나노 입자 기반의 복합 촉각 센서를 만든 뒤 이를 실제 신경 패턴에 기반한 신호 변환 시스템과 연결하는 방법으로 사람의 촉각 인식 기제를 모사하고 있다. 우선 피부 내 압력과 진동을 감지하는 반응 수용기를 동시에 모사할 수 있는 압전 소재(압력을 전기로 변환하는 소자)로 전자 피부를 만드는 기술이다.
이는 실제로 감각 신경을 추출함으로써 다양한 감각에 의한 신호를 측정해 함수화할 수 있었으며, 감각 시스템을 지문 구조로 만들어 20여종의 직물을 분류하는 실험을 진행한 결과, 99% 이상의 정확도로 직물의 질감에 따라 서로 다른 종류를 구분해낼 수 있다.
인간의 촉각세포 모방
한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 바이오․뇌공학에 기반을 둔 인간의 촉각세포 인식 시스템으로 인간의 촉각 세포를 모방한 인공지능 촉각 인식시스템을 개발해냈다. 모방 저전력으로 반영구적인 자가 발전에 전력 소모가 적어 사물인터넷(IoT) 분야, 로봇, 보철, 인공촉수, 의료기기에 활용될 수 있을 전망이다. 개발된 모듈은 인간의 촉각 신경세포와 같이 압력을 인식해 스파이크 신호를 출력할 수 있어, 뉴로모픽 촉각 인식 시스템을 구현할 수 있다.
인간의 촉각 뉴런을 모방한 뉴로모픽 모듈 즉, 인공지능을 이용한 촉각 인식 시스템은 센서 어레이에서 수신된 신호를 인공 신경망을 이용해 높은 정확도로 물체, 패턴, 또는 질감을 인식할 수 있어, 다양한 분야에 걸쳐 유용하게 사용되고 있다. 하지만 이러한 시스템의 대부분은 폰 노이만 컴퓨터가 필요한 소프트웨어를 기반으로 하므로, 높은 전력을 소모할 수밖에 없어 모바일 또는 사물인터넷 장치에 적용되기는 어려웠다.
| 
| | ⓒ (주)문경사랑 | |
생물학적 촉각 인식 시스템
생물학적 촉각 인식 시스템은, 스파이크 형태로 감각 정보를 전달함으로써 낮은 전력 소비만으로 물체, 패턴, 또는 질감을 판별할 수 있다. 따라서 저전력 촉각 인식 시스템을 구축하기 위해, 생물학적 촉각 인식을 모방한 뉴로모픽 촉각 인식 시스템이 주목을 받고 있다. 인간의 촉각 뉴런처럼 외부 압력 신호를 스파이크 형태의 전기 신호로 변환해주는 구성 요소가 필요하며, 일반적인 압력 센서는 이러한 기능을 수행할 수 없다.
연구팀은 마찰대전 발전기와 바이리스터(Biristor) 소자를 이용해, 압력을 인식해 스파이크 신호를 출력할 수 있는 뉴로모픽 모듈 즉, 인간의 뇌를 모방한 뉴로모픽 반도체 모듈을 개발했다. 자가 발전이 가능하고 3 킬로파스칼(kPa) 수준의 낮은 압력을 감지할 수 있다. 이는 손가락으로 사물을 만질 때, 피부가 느끼는 압력 정도의 크기다.
촉각인식 인공지능의 미래
연구팀은 제작된 뉴로모픽 모듈을 바탕으로 저전력 호흡 모니터링 시스템을 구축했다. 호흡 모니터링 센서가 코 주위에 설치되면 들숨 및 날숨을 감지하고 복부 주변에 설치되면 복식호흡을 별도로 감지할 수 있다. 따라서 수면 중 무호흡이 일어날 경우, 이를 감지해 경보를 보냄으로써 심각한 상황으로의 진행을 미연에 방지할 수 있다.
이번에 개발한 뉴로모픽 센서 모듈은 센서 구동에 필요한 에너지를 스스로 생산하는 반영구적 자가 발전형으로 IoT 분야, 로봇, 보철, 인공촉수, 의료기기 등에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대되며, 이는 센서 내 컴퓨팅(In-Sensor Computing) 시대를 앞당기는 계기가 될 것이다.
|
|
|
|
홈페이지관리자 기자  .
“주간문경을 읽으면 문경이 보인다.”
- Copyrights ⓒ주간문경.
무단 전재 및 재배포 금지 -
|
|
|
|
 주간문경
기사목록 | 기사제공 : 주간문경
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
실시간
많이본
뉴스
|
|
|
|
|
|
종합
커뮤니티
