빛 기반 동작 재구성이 가능한 편광 인공지능 센서 플랫폼 실험 이미지(AI생성 이미지).[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 어둠속에서 도로 위 물과 아스팔트를 구분하지 못하던 기존 카메라의 한계를 극복, 추가적인 시각 정보를 획득할 수 있는 차세대 센서기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이 기술이 상용화되면 자율주행 차량, 드론, 모바일 기기 등에 적용돼 에너지 효율과 성능을 크게 높일 것으로 기대된다.

KAIST는 생명화학공학과 서준기 교수 연구팀이 빛의 특정방향으로 진동하는 성질인 ‘편광(polarization)’정보를 활용, 스스로 최적 상태를 찾아 동작을 조절하는 ‘자기 재구성(self-reconfigurable)’편광 센서 배열 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

최근 데이터가 폭발적으로 증가하고 인공지능 기술이 빠르게 발전하고 있지만, 기존 센서는 빛의 세기 정보에만 의존하고 있어 물체의 방향성이나 표면 구조를 정밀하게 파악하는 데 한계가 컸었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 빛의 진동 방향까지 함께 인식할 수 있는 ‘편광’ 기반 센서 기술을 개발했다. 텔루륨(Te)과 이황화레늄(ReS₂)이라는 서로 다른 두 물질을 결합해 새로운 기능을 구현한 ‘이종구조(heterostructure)’를 활용, 결정 방향에 따라 빛에 대한 반응이 달라지는 특성을 효과적으로 구현했다.

두 물질을 서로 교차하도록 정밀하게 쌓기 위해 연구팀은 원자층 단위로 물질을 정밀하게 쌓아 결정 구조를 제어하는 공정인 ‘에피택셜 원자층 증착’을 적용했다. 이를 통해 두 물질의 결정 구조가 정확히 맞물리도록 구현함으로써, 기존 대비 높은 재현성과 안정적인 성능을 확보했다.

이번 연구를 수행한 KAIST 연구진. 조한빈(왼쪽부터) 박사과정, 웬슈안 주 박사후 연구원, 서준기 교수, 김창환 석박사통합과정.[KAIST 제공]

이 구조에서는 빛이 조사될 때 물질 경계에서 전하 이동 및 포획(전자가 이동하거나 특정 위치에 머무르는 현상)이 발생하며, 그 결과 빛의 세기, 파장, 방향 등 조건에 따라 전류 방향이 뒤집히는 광반응인 ‘양극성 광응답’이 나타난다. 특히 외부 전기 신호 없이도 빛만으로 센서의 동작 상태를 자유롭게 조절할 수 있는 것이 특징이다.

또한 센서 자체가 데이터를 처리하는 인-센서 컴퓨팅(in-sensor computing) 구조에 적용될 수 있어, 복잡한 연산 과정 없이도 시간에 따라 변화하는 다차원 광학 정보를 효율적으로 처리할 수 있다. 실제 실험에서는 움직이는 물체 인식에서 95% 이상의 높은 정확도를 기록하며, 자율주행 및 의료 진단 등 다양한 분야에서의 활용 가능성을 입증했다.

서준기 교수는 “이 기술이 실용화될 경우 센서 단게에서 데이터 처리까지 동시에 수행하는 초저전력 인공지능 영상시스템으로 발전할 수 있다”면서 “향후 자율주행 차량, 드론, 모바일 기기 등에 적용돼 에너지 효율을 높이고 실시간 처리성능을 향상시키는데 기여할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 센서스(Nature Sensors)’에 4월 14일 게재됐다.