신소재공학과 이내응 교수 연구실에서는 촉각, 청각, 시각, 미각, 후각 등 인간의 감각기관의 기본 기능을 모사할 수 있는 인공감각시스템을 개발해왔다. 인간의 감각 신경계를 모방하고 에너지 효율적이고 지능적인 신호 처리를 수행하는 인공감각시스템은 미래 로봇, 자동차를 비롯한 다양한 자율 시스템의 인공지능 기술에 적용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 놀랍게도 인체는 고도로 정교하여 모든 감각 정보를 상위 뇌 중추로 전송하기 전에 기관 수준에서 사전 처리할 수 있다. 인공 화학 감각 신경 시냅스에 대한 연구실의 최근 연구는 인간 후각 시스템의 뉴런과 시냅스의 흥분성 및 억제성 시냅스 기능에서 영감을 받아 "Nature Communications"에 게재되었다.

연구팀은 화학수용성 이오노겔과 혼합 이온-전자 전도성 반도체 채널을 결합해 단순한 장치 디자인을 개발했다. 이 설계는 장치에 전기적 자극을 가하면 기억된 신호가 지워지면서 화학적 자극에 반응하여 장기 기억을 가능하게 함을 보였다. 신호의 전반적인 변조는 인간 코의 기능과 유사하며, 다양한 신경 연결이 화학 수용체의 신호를 암기하고 억제하는 데 도움이 된다.

공동교신저자인 연구교수 Atanu Bag박사와 박사과정 Hamna Haq Chouhdry 학생은 이 제안된 장치의 개념이 뉴로모픽 신호 처리를 위해 센서에서 필요한 데이터 양과 에너지 소비를 크게 줄일 수 있으며 장치 수준에서 사전 처리된 데이터는 소프트웨어 기반 또는 하드웨어 기반 뉴로모픽 처리에 직접 활용할 수 있을 보였다. 이는 인간의 감각 체계를 모방한 뉴로모픽 인지 기능을 구현하기 위한 인공 감각 체계 및 기관에 대한 추가 연구로 이어질 것으로 기대된다.

본 연구는 한국연구재단의 대학중점연구소 지원사업 및 한국연구재단과 중견연구자 지원사업을 통해 수행되었다. 이 연구는 2023년 2월 "A flexible artificial chemosensory neuronal synapse based on chemoreceptive ionogel-gated electrochemical transistor"라는 제목으로 "Nature Communications" 온라인판에 게재되었으며, Nature Communications Editor's Highlights 웹페이지의 "Devices" 섹션에 소개되었다.

그림. 상단 패널은 생물학적 및 인공 화학감각 시냅스의 비교를 보여주며, 하단 패널은 흥분성 화학 및 억제 전기 자극 하에서 장치 작동을 보여줌.