초록 ▼

□ 연구개요
뉴로모픽 컴퓨팅 시스템은 병렬적으로 신호처리가 이루어지기 때문에 연산성능은 증가하고 에너지 소모는 현저히 감소하여, 극한의 에너지 소모가 수반되는 현 AI 연산 처리에 큰 개선을 이룰 것이다. 또한 전통적인 컴퓨팅 시스템의 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 주목받고 있으며 활발하게 연구가 진행 중이다. 본 연구팀은 뉴로모픽 시스템을 기반으로 하여 외부 환경을 인지하고 감지함과 동시에, 외부 전력이 필요 없는 인공 감각신경 시냅스를 목표로 하였다. 반도체 소자 공정과 자가발전 기술의 융합을 통해 자가발전 신경 시냅스

□ 연구개요
뉴로모픽 컴퓨팅 시스템은 병렬적으로 신호처리가 이루어지기 때문에 연산성능은 증가하고 에너지 소모는 현저히 감소하여, 극한의 에너지 소모가 수반되는 현 AI 연산 처리에 큰 개선을 이룰 것이다. 또한 전통적인 컴퓨팅 시스템의 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 주목받고 있으며 활발하게 연구가 진행 중이다. 본 연구팀은 뉴로모픽 시스템을 기반으로 하여 외부 환경을 인지하고 감지함과 동시에, 외부 전력이 필요 없는 인공 감각신경 시냅스를 목표로 하였다. 반도체 소자 공정과 자가발전 기술의 융합을 통해 자가발전 신경 시냅스 제작하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구진은 외부 자극을 감지하고 이를 전기 신호로 바꾸는 자극 전력화 연구를 진행하였다. 마찰전기발전 소자를 활용하여 이를 정전기관의 형태를 모사한 원형 구조로 배열하였으며, 그 결과로 회전을 감지하는 정전 기관을 모사하였다. 또한 본 연구진은 이온겔과 옥사이드 반도체를 이용하여 시냅스 가소성 가지는 소자를 제작하였다. 신호가 전달되는 것에서 그치는 것이 아닌, 뇌의 정보처리의 기반 현상인 시냅스 가소성을 가져야 한다. 시냅스 가소성은 앞선 신호에 의해 뉴런의 적응능력이 강화 혹은 약화 되는 성질을 의미한다. 정전기관과 시냅스 가소성을 가지는 이온 기반 시냅스 소자와 융합시켜 저전력 인공 감각 신경을 구현하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
생체 시스템의 정보 처리 과정은 이온 및 전자 등 운반자가 여러 종류인, 복잡한 신호 전달 체계를 수반한다. 본 연구 목표인 자가 발전 인공 감각신경 시냅스는 소모전력 측면에서 효율적이며, 다양한 산업 분야에 적용 가능하다. 또한 전력 공급이 어려운 여러 환경에서 높은 활용이 기대된다. 많은 전력 공급이 필수인 현재 뉴로모픽 시스템을 넘어, 자가 발전이 가능한 인공 신경망 시스템은 폭넓게 바이오-전자 소자, 에너지 분야 등 여러 분야에 적용될 수 있다. 인공 감각 신경 소자의 궁극적 목표는 인체에서의 활용이다. 그러나, 인체 적용에는 높은 에너지 밀도의 전력 공급원을 도입하기 어렵다. 따라서 본 연구과제의 인공 감각신경 시냅스는 전반적인 바이오-전자 소자 산업 분야에 큰 영향을 줄 것이다. 본 연구는 바이오-나노 기술을 기반으로 하여, 생명체가 지닐 수 있는 다양한 기능 및 특징을 소자에 부여할 수 있다는 데 매우 큰 장점이 있다. 생체 신호처리 네트워크의 구조와 메커니즘을 이해하고 이를 지금까지 이룰 수 없었던 기능성 나노 구조 및 소자로의 적용을 가능하게 함에 따라 기반 기술 구축을 통해 정보통신소자, 에너지 소재에 이르는 광범위한 영역에서 융합, 파생 산업 기술과 시장을 창출할 수 있을 것이라 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템의 필요성 ... 4
• 2) 감각계 신경 처리 네트워크 모방을 통한 인공 감각 신경 시냅스 구현 ... 5
• 3) 자가 발전 시스템 융합을 통한 자가 발전 인공 감각 신경 시냅스 구현 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 1) Ion gel 기반 저전력 시냅틱 트랜지스터 연구 ... 7
• 2) 베어링 구조의 마찰전기 발전소자 제작 및 출력 전력 평가 ... 10
• 3) 전정기관 기능을 모사한 자가 발전 인공 감각 신경 시냅스 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발결과의 중요성) ... 14
• 1) 연구 결과의 의미 및 중요성 ... 14
• 2) 기술적, 사회․경제적 파급 효과 ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 1) 활용방안 ... 15
• 2) 추가연구 가능성 ... 16
• 3) 타 분야 연구 필요성 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 25
• 끝페이지 ... 34