휴머노이드 발전의 기반이 될 수 있는 전자소자가 개발됐다. 한국연구재단이 주관한 글로벌연구실사업, 학문후속 세대양성사업을 통해 국내 연구진들이 인체가 통증을 느끼는 통각수용기를 모사한 전자소자를 개발한 것이다. 이에 본지에서는 관련 내용을 소개한다.

 

사진. 오토마티카 전시 홈페이지

 

인체가 통증을 느끼는 통각수용기를 모사한 전자소자가 개발됐다. 
한국연구재단은 서울대학교 황철성 교수와 한국과학기술원 김경민 교수, 그리고 서울대학교 김유민 박사과정이 참여한 연구팀 및 미국 메사추세츠 주립대학교 윤정호 박사 연구팀이 각각 연구를 통해 멤리스터(Memristor) 소자를 이용한 통각수용기 특성을 인공적으로 구현했다고 밝혔다. 멤리스터란 메모리(Momory)와 저항(Resistor)의 합성어로, 전류의 흐름에 따라 저항의 세기가 변하는 전자소자를 일컫는다. 

뉴런은 인간의 뇌를 구성하는 신경세포이다. 최근 이 뉴런을 모사하는 뉴로모픽 연구가 크게 주목받고 있는데, 특히 뉴런을 전자소자로 구현해 전기적 신호를 빠르게 처리하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 

그러나 뉴런으로 전기적 신호를 보내기 위해서는 외부 자극을 감지하고 자극의 강도에 따라 생체 신호를 생성하는 수용기가 필수적임에도 불구하고, 지금까지의 뉴로모픽 연구는 신경 시스템의 또 다른 구성 요소인 수용기 부분에 대한 연구가 전무한 실정이다. 
이에 연구팀들은 멤리스터의 임계 스위칭 특성이 통각수용기와 유사하다는 점에 착안, 통각수용기를 닮은 소자를 개발했다.

 

이온 이동에 의한 임계스위칭 거동의 인공수용기 멤리스터 소자

 

휴머노이드 발전의 기반 닦아 
인체에 존재하는 통각수용기는 특정 값을 초과하는 자극에만 반응해 통증신호를 전달해준다. 멤리스터 역시 가해진 전압의 세기가 임계값보다 작을 때에는 큰 저항값을 가지고, 임계값보다 클 때에는 작은 저항값을 갖는다. 

 

외부의 열 자극을 감지할 수 있는 인공 통각수용기 구현

두 연구팀은 멤리스터를 이용해 통각수용기와 같은 통각 과민, 이질통, 회복 등의 특성을 완벽히 모사해냈다. 특히 황철성·김경민 교수 및 김유민 박사과정 연구팀은 무조건반사 기능까지 모사했고, 윤정호 박사 연구팀은 멤리스터에 열전 소자를 접합해 외부 열 자극을 감지할 수 있는 기능을 구현해냈다.

황철성 교수는 “이 연구는 세계 최초로 통각수용기 특성을 구현하는 전자소자를 개발한 것”이라며 “최근 관심이 급속도로 높아지고 있는 휴머노이드 발전에 기여할 것으로 기대된다”라고 연구 의의를 설명했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 글로벌연구실사업, 학문후속세대양성사업의 지원으로 수행되었으며, 재료분야 국제학술지 어드밴스트 머터리얼스(Advanced materials), 네이처 커뮤니케이션(Nature communication)에 각각 2017년 1월 10일(수), 1월 29일(월) 논문으로 게재되었다.