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인간의 뇌 기능 흉내낸 ‘인공 시냅스 소자’나왔다

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인간의 뇌 기능 흉내낸 ‘인공 시냅스 소자’나왔다

2018.08.27 17:36
인공 시냅스 소자 모식도. 대구경북과학기술원 제공.
인공 시냅스 소자 모식도. 대구경북과학기술원 제공.

 

국내 연구진이 뇌 신경세포 연결고리를 모방한 인공 시냅스를 개발했다. 뇌 연구와 인공지능(AI) 개발 등 다양한 분야에 적용될 것으로 보인다.

 

이명재 대구경북과학기술원(DGIST) 지능형소자융합연구실장과 박경수 서울대 교수, 박성규 중앙대 교수, 황현상 포스텍 교수팀과 공동으로 인간의 뇌에서 기억을 담당하는 신경세포(뉴런)와 시냅스의 기능을 모사한 인공 시냅스 소자를 개발했다고 27일 밝혔다. 시냅스는 인간의 뇌 신경세포(뉴런)이 신호를 주고받을 수 있도록 서로 연결된 부분이다. 사람의 뇌는 870억 개의 신경세포가 있고 세포마다 1000개 이상 신호를 주고받는 상호 연결성(시냅스)을 갖고 있다. 사람이 판단을 하거나 말할 때 이들 신경세포들은 찰나의 순간에 신호를 주고받는다.

 

뇌에서 정보를 전달하는 이런 화학적 정보 전달 시스템은 매우 적은 에너지로도 고도의 연산을 처리할 수 있다. 과학자들은 이런 점에 착안해 차세대 신경망 컴퓨터 개발에 쓰일 수 있는 인공 시냅스 소자에 대한 연구가 진행하고 있다. 

 

연구진은 금속 물질인 ‘탄탈옥사이드’를 특수구조로 변경하고, 그 표면을 다듬어 신뢰성이 높은 인공 시냅스 소자를 개발했다. 이렇게 만든 인공 시냅스 소자는 전기를 연결하면 탄탈옥사이드층의 저항값이 점진적으로 커지거나 작아지면서 가까운 소자에 다시 정보를 전달할 수 있다.

 

연구진은 인공 시냅스 소자 여러 개를 이용해 다양한 실험도 진행했다. 뉴런 간의 시냅스 연결 강도를 조절해 ‘시냅스 가소성’을 제어하는 데도 성공했다. 시냅스가 정보를 담았다 삭제하는 과정을 흉내 낸 것으로 이는 뇌세포가 기억을 저장하는 과정, 기억을 지우는 장기억제작용 등 기억의 생성, 저장, 삭제 과정에 해당한다.

 

연구진은 이번 성과를 적용하면 방대한 양의 빅데이터 정보처리를 위한 초절전 소자 혹은 회로로 사용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 인공지능(AI) 개발, 두뇌 모방형 반도체 등 같은 차세대 지능형반도체 소자 기술에도 적용할 수 있을 것으로 보인다.

 

이 실장은 “이번 연구결과 기존 인공 시냅스 소자의 단점인 내구성 문제를 해결하고 더 나아가 신뢰성 역시 확보했다”며 ”인간의 뇌를 모사한 차세대 인공지능 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 

 

이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)’ 8월호 표지 논문으로도 게재됐다.


 

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