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“두뇌 뉴런 동작 모방한 초박형 칩 제작·시연 성공” 호주 미국 연구진

2019.07.19 George Nott  |  Computerworld Australia
뉴런이 뇌에서 정보를 저장하고 삭제하는 방식을 모방하는 초박형 전자 칩을 콜로라도 주립 대학과 호주 대학의 RMIT, ANU, QUT 연구진이 시연했다.

흑색 인(P)이라는 물질로 만들어진 이번 칩에 대해 연구진은 뉴로모픽 컴퓨팅(neuromorphic computing) 분야의 획기적 진전이라고 평가했다. 뉴로모픽 컴퓨팅이란 신경계의 동작을 전자 회로를 이용해 재현하는 아키텍처를 의미한다. 

RMIT 연구팀을 이끌고 있는 수밋 왈리아 박사는 “생체 두뇌를 재현함에 있어 중대한 발전이다. 인간과 마찬가지로 환경에서 배울 수 있는 브레인 온 칩(brain-on-a-chip)에 한층 가까워졌다”라고 말했다. 

인간의 기억은 소규모 전기가 뉴런을 자극, 뉴런이 연합되는 역치를 넘어서면서 생성되기 시작한다. 활성화된 연합은 점점 더 강력해지는 반면, 잘 활용되지 않는 연합은 연결성이 약해지다가 결국 사라지게 된다. 

18일 AFM(Advanced Functional Materials)에 발간된 논문에 설명된 바에 따르면, 이번 칩은 빛에 의해 광전류가 생성되는 원리를 이용한다. 색상을 변화시키면 전류 흐름이 양수에서 음수로 반전된다. 이러한 방향 전환 또는 극성 전환은 뉴런 연결성에 의해 기억되거나 망각되는 신경 연결 메커니즘과 같다. 

연구진은 이번 성과가 광유전학(optogenetics)이라고 불리는 생명 공학의 새로운 도구에 착안했다고 전했다. 광유전학은 빛을 이용해 생체 조직(대개 뉴런) 내의 세포를 제어하는 기술이다. 이 과정에서 빛에 반응하도록 유전자 조작된 생체 조직이 활용된다. 

RMIT에서 펑셔널 머티리얼 앤 마이크로시스템 리서치 그룹(Functional Materials and Microsystems Research Group)을 담당하고 있는 왈리아는 “광유전학에서 착악된 이번 칩은 자연 최고의 컴퓨터인 인간의 두뇌를 모방한다. 생물학적 시냅스를 하드웨어 플랫폼으로 변환하는 것은 두뇌처럼 동작하는 전자 제품의 실현을 향한 중요한 단계다”라고 말했다. 

그는 이어 “정보를 저장, 삭제, 처리는 컴퓨팅의 핵심 요소이며 뇌는 이를 매우 효율적으로 수행한다. 이번 연구는 칩 상에 단순히 색상을 바꿔 투영함으로써 두뇌의 신경 동작법을 흉내내게 된다”라고 덧붙였다. 

한편 연구진은 이번 칩이 흑색 인의 내재적 결함을 역이용한 사례라고 강조했다. 빛에 의해 변화한다는 흑색 인의 특성이 광유전학에서는 결함으로 간주됐으나, 이를 오히려 이용함으로써 새롭고 유용한 활용성을 발견했다는 설명이다. 

연구진은 또 이번 기술이 저전력 웨어러블 전자 기기에 활용될 잠재력을 가지고 있으며, 동시에 빠르고 효율적인 동시에 안전한 광 기반 컴퓨팅을 향한 중요한 진전이라고 의미를 부여했다. ciokr@idg.co.kr
 
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