자연 생물 모사형 전기화학발광 압력 시냅스 (ECL-TVS) 개념도.[연세대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 스마트워치보다 전력 소모가 3만 배 적으면서 센서 감지와 연산, 디스플레이 출력을 하나로 통합한 웨어러블 플랫폼이 개발됐다.

한국연구재단은 연세대학교 박철민 교수 연구팀과 고려대학교 왕건욱 교수 연구팀이 공동연구를 통해 센서-시냅스-디스플레이 기능을 단일 소자로 융합한 초저전력 뉴로모픽 기반 일체형 AI 디스플레이 소자 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.

맞춤형 건강관리 수요가 증가하면서 신체 움직임, 심박수 등 생체 정보를 모니터링하는 헬스케어 장치에 대한 요구가 높아지고 있다.

하지만 상용화된 웨어러블 기기들은 센서, 연산, 디스플레이 기능이 개별 동작해 시스템이 복잡하고, 데이터 처리 지연이나 전력 소모가 크다는 문제가 있다.

또 직관성이 낮은 디지털 숫자 표시, 구부림·압력 등 변형에 취약해 착용성이 떨어지는 점도 한계로 지적된다.

연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 생체 신경망을 모방한 뉴로모픽 기술과 데이터를 단말기에서 실시간 처리하는 엣지 컴퓨팅 방식을 적용하고, 센서-시냅스-디스플레이 기능을 단일 소자로 융합한 초저전력 AI 디스플레이를 개발했다.

먼저 전기화학발광 이온겔과 유기 전기화학 트랜지스터를 접목하는 방식으로 AI 디스플레이 소자를 구현했다.

이는 센서-시냅스-디스플레이 기능이 집적된 뉴로모픽 기반 소자로, 인공신경망을 통해 입력 자극을 실시간으로 학습하고 결과를 빛의 강도와 색상으로 출력하는 AI 디바이스다.

이렇게 개발한 일체형 AI 디스플레이의 전력 소모는 1W 수준의 스마트워치에 비해 약 3만배 낮은 수준이다.

연구팀은 이 기술을 웨어러블 플랫폼으로 발전시켜 사용자의 관절 재활이나 심박수 이상에 대한 모니터링도 성공적으로 진행했다.

박철민 연세대학교 교수.[연세대학교 제공]

관절 재활의 경우, 동작을 할 때마다 빨강·초록·파랑 불빛이 점점 밝아지면서 사용자 동기 유발 효과가 기대된다.

또한 심박 이상 패턴을 분석해 정상은 빨간색, 경미한 이상은 초록색, 심각한 이상은 파란색 등으로 디스플레이에 구현했다.

박철민 교수는 “이번 연구를 통해 기존 웨어러블 시스템의 높은 전력 소모와 복잡한 구조적 한계를 극복했다”며 “건강 상태 모니터링뿐만 아니라 로봇 감각 피드백, 스마트 센서, IoT 기반 AI 디바이스 등 다양한 분야로 활용될 수 있다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재 기술 개발사업과 중견연구 사업 지원으로 수행된 이번 연구성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 2월 24일 게재됐다.