음성인식을 활용한 보안, 기기작동, 안전 분야 상용화 기대

화학공학/고분자공학부 김태일 교수 연구팀은 금속박막의 미세 균열의 구조를 제어함으로써 기존에 비해 민감도* 및 신호대잡음비*가 대폭 향상된 유연 센서를 개발하였다. 상용화된 센서는 기존 반도체공정인 MEMS ( Microelectromechanical system) 기술로 만들어지므로 상대적으로 고가이면서 민감도에 한계를 지니고 있었다. 

본 연구진은 금속, 고분자의 이중층으로 이루어진 나노균열센서를 개발하여 관련 스트레인게이지센서 (strain gauge sensor)의 새로운 방향을 제시한바 있다. (Ultrasensitityve mechanical crack based sensor inspired by spider sensory system, Nature, 516, 222 (2014))

이를 발전시켜 본 연구진은 나노 균열이 가지는 구조를 제어 할 수 있는 방법을 제시하여, 균열의 구조적 요소 중 ‘깊이’만을 제어함으로써 게이지 율* 16,000이 넘는 높은 민감도를 가진 센서를 개발하였다. 특히, 수 nm 영역의 변위를 갖는 미세한 기계적 자극(진동 및 압력)을 읽어 들이는 것이 가능하게 되었고, 이는 세계최고의 민감도를 가지는 진동 및 압력센서이다.

이를 이용하여 미세한 기계적 생체 신호의 예로서 성대의 진동에 의한 목의 떨림까지도 명확하게 감지할 수 있음을 보였다. 목 피부에 센서를 부착하고 각기 다른 연속적인 음계를 발성했을 때, 각 음계를 또렷하게 인식하여 기타 전기적 노이즈에도 영향 받지 않는 두드러진 신호를 얻어낸 것을 보였다.

이러한 연구 결과는 신체의 미세한 움직임을 감지하거나, 최근 보안 등을 통해 각광받고 있는 목소리 음성 인식에 기여하여 산업에도 응용 가능성이 있음을 시사한다.

본 연구는 해당 연구는 료분야 최정상 학술지인 어드밴스드 머트리얼지(Advanced Materials, IF 18.96)에 2016년 10월개제되었으며 속표지커버논문으로 발표되었다. 제목은 Dramatically Enhanced Mechanosensitivity and Signal-to-Noise Ratio of Nanoscale Crack-Based Sensor: Effect of Crack Depth (균열의 깊이 , 제어를 이용한 높은 기계적 민감도 및 신호대잡음비를 갖는 미세 균열 센서) 이다. 

*민감도(sensitivity): 센서가 감지해낼 수 있는 최소 자극 크기
*신호대잡음비(signal-to-noise ratio, SNR): 신호(signal)와 잡음(noise) 에너지의 비율. 값이 클수록 신호 해석에 유리하다.
*게이지 율(gauge factor, GF): 일반적으로 센서의 감도를 나타내는 척도. 단위변형당의 저항변화율로 표시됨. GF=(ΔR/R0)(1/ε)