사람 귀 닮은 음성인식 센서 세계 최초로 개발

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이건재 KAIST 신소재공학과 교수팀

이건재 KAIST 신소재공학과 교수팀이 공진 현상을 이용해 소리를 증폭시키는 달팽이관 속 기저막을 모사해 목소리를 정확하게 인식하는 ‘공진형 유연 압전 음성 센서’를 개발했다고 15일 밝혔다. KAIST 제공

국내 연구팀이 소리를 증폭시키는 귓속 기관을 인공적으로 만들어 작은 목소리를 정확하게 인식하는 음성인식 센서를 개발했다.

이건재 KAIST 신소재공학과 교수팀은 공진 현상을 이용해 소리를 증폭시키는 수 μm(마이크로미터·1μm는 100만 분의 1m) 두께의 달팽이관 속 기저막을 모사해 ‘공진형 유연 압전 음성 센서’를 개발했다고 15일 밝혔다.

사람의 귀가 작은 소리를 잘 들을 수 있는 이유는 달팽이관에 있는 사다리꼴 기저막이 ‘공진 현상’을 일으켜 소리를 증폭하기 때문이다. 공진 현상은 물체가 자신의 고유진동수를 가진 소리와 만나면 자연적으로 진동해 소리를 증폭시키는 현상이다.

연구팀은 이 기저막을 본 따 만든 얇고 유연한 무기물 소재의 인공막을 이용해 소리를 증폭한 후 이를 전기 신호로 생성하는 공진형 유연 압전 음성 센서를 만들었다. 이 인공막은 소리의 진동수의 따라 특정 영역이 공진을 일으켜 하나의 막으로도 여러 진동수의 소리를 증폭시킬 수 있다.

연구팀은 이미 2019년 세계 최초의 공진형 유연 압전 음성 센서를 개발했지만 센서의 크기가 스마트폰에 넣을 수 있을 만큼 작지 않아 상용화에 한계가 있었다. 연구팀은 초박형 미세 박막 공정으로 센서의 크기를 기존 센서 크기의 70%인 가로세로 1cm 크기로 만들고 공진 주파수와 대역폭을 조절해 성능을 높였다.

연구팀은 이 센서를 인공지능 스피커에 장착해 인식률을 시험했다. 그 결과 기존 음성인식 센서가 달린 인공지능 스피커가 목소리를 50번 중 10번 잘못 인식할 때 연구팀이 만든 센서를 쓰면 데이터 학습량에 따라 목소리를 잘못 인식하는 경우가 50번 중 1~4번이었다.

연구팀이 개발한 음성인식 센서는 이미 이 교수가 창업한 기업인 프로닉스 사를 통해 2020년 세계 가전박람회(CES)에서 공개했고 현재 프로닉스 미국 지사를 통해 실리콘밸리의 여러 IT 기업과 협업을 추진하고 있다.

이 교수는 "공진을 일으키는 유연한 무기물 막을 만드는 기술과 막의 진동을 전기 신호로 바꾸는 기술은 전 세계에서도 독보적인 기술"이라며 "상용화를 위한 대량 생산 공정도 곧 완성돼 조만간 실생활에 쓰일 수 있을 것"이라고 말했다

이 연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 인터넷판 2월 12일자에 실렸다.

※공진형 유연 압전 음성 센서의 원리를 나타낸 동영상. 이건재 KAIST 신소재공학과 교수 제공