광운대 김남영교수(전자공학과) 연구팀, 생물학적 연상학습 행동을 모방한 뉴로모픽 행동 인식 광소자 멤리스터 개발 성공

중앙일보

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(좌) 왕문효 박사과정 연구원 (우) 김남영 교수

광운대학교 전자공학과 김남영교수가 이끄는 연구팀은 전자공학과 왕문효 박사과정 (제1 저자)과 함께 생물학적 연상학습 행동을 모방한 뉴로모픽 행동 인식 광소자 멤리스터 개발에 성공했다고 밝혔다.

본 연구에서는 연상 학습 기능이 탑재된 뉴로모픽 하드웨어는 차세대 인공 지능에서 매력적인 응용 분야를 제시한다.

그러나, 복잡한 연상 학습 동작을 나타내는 시냅스 소자에 대한 연구는 아직 초기 단계이고, 본 연구에서는 생물학적 연상 학습 동작을 모방하기 위해 Ag/TiO2 나노와이어: ZnO 양자점/FTO 기반의 광전자 멤리스터를 제안하고 구성하였다. 빛과 전기 자극을 적용하여 장치에서 장단기 가소성 및 학습 망각-재학습 동작을 포함한 시냅스 동작을 효과적으로 구현하였으며, 광전자 공동 변조 특성을 활용하여 뉴로모픽 컴퓨팅의 시뮬레이션을 수행한 결과 필기 디지털 인식 정확도가 88.9%을 달성하였다.

더불어 3 × 7 멤리스터 어레이를 구축하여 인공 시각 메모리에서의 적용을 확인하였으며, 빛과 전기 자극을 각각 조건 자극과 조건 없는 자극으로 매핑하여 복잡한 생물학적 연상 학습 동작을 모방하는 시스템을 확인하였다. 종합적으로 특정 광전자 신호 응용 분야에서 고전적인 조건화의 네 가지 특징, 즉 획득, 소멸, 회복 및 일반화가 적절하게 구현되었다. 본 연구의 연상 동작 기능이 가능한 광전자 멤리스터를 제공하여 향후 뇌-기계 인터페이스, 자율 로봇 및 기계 자가 학습을 발전시킬 수 있는 경로를 제공한다.

이번 연구는 교육부에서 지원하는 한국연구재단(NRF) 중점연구소 지원사업(2018R1A6A1A0302524)과 MIST RS-2023-00302751의 지원을 받았다. 연구결과는 그 성과를 인정받아 Elsevier에서 발간하는 국제 저명 논문지인 IF: 23.655 과학전문지 Nano-Micro Letters 게재 “Tailoring classical conditioning behavior in TiO2 NWs: ZnO QDs-based optoelectronic memristors for neuromorphic hardware” 제목으로 2024년 2월 27일에 실렸다.