초록 ▼

□ 연구개요
인간의 뇌를 모방한 뉴로모픽 컴퓨팅은 데이터 처리시 병목현상이 나타나는 기존 폰노이만 방식에 비해 초저전력으로 고도의 인지, 응용, 판단 및 처리가 가능한 장점이 있어 반드시 개발이 필요함. 본 연구 과제 목표는 액상기반 물질 및 이온의 움직임을 이용하여 실제 인간의 뇌와 유사하게 동작하는 뉴로모픽 소자 및 집적공정을 개발하였음. 액상기반 뉴로모픽 소자를 microfluidic synaptic 어레이로 제작하여 동작 가능한 뉴로모픽 어레이를 구현하였음. 이러한 액상기반 뉴로모픽 소자구현을 통해 높은 신뢰도, 안정성

□ 연구개요
인간의 뇌를 모방한 뉴로모픽 컴퓨팅은 데이터 처리시 병목현상이 나타나는 기존 폰노이만 방식에 비해 초저전력으로 고도의 인지, 응용, 판단 및 처리가 가능한 장점이 있어 반드시 개발이 필요함. 본 연구 과제 목표는 액상기반 물질 및 이온의 움직임을 이용하여 실제 인간의 뇌와 유사하게 동작하는 뉴로모픽 소자 및 집적공정을 개발하였음. 액상기반 뉴로모픽 소자를 microfluidic synaptic 어레이로 제작하여 동작 가능한 뉴로모픽 어레이를 구현하였음. 이러한 액상기반 뉴로모픽 소자구현을 통해 높은 신뢰도, 안정성, 초저전력 특성을 지니는 뉴로모픽 chip을 개발할 수 있을 것으로 예상됨. 또한, 기존 비휘발성 메모리 공정에 비하여 간단한 공정 과정을 가지고 있어, 액상기반 소자 칩을 집적화할 경우 경제적 이익을 기대할 수 있음.

□ 연구 목표대비 연구결과
뉴로모픽 소자를 위해 solid-state 기반의 여러 소자들이 제안되고 있으나, 인간의 뇌와 유사하게 약 1000억개의 신경세포를 구현하기 위해서는 과도한 전력소모 및 발열문제가 나타남. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 액체를 이용한 시냅스 소자를 통해 인간의 뇌와 유사하게 동작하는 microfluidic synaptic chip을 구현함.
(1) 1차년도: microfluidics 기반 시냅스 소자 구현을 위해 최적의 액상 물질 및 흡수소재 탐색을 진행하였고, 뇌기능 모사에 적합한 액상 기반 저항변화 멤리스터 및 트랜지스터를 설계하고 특성을 평가하여 신뢰성을 확보함.
(2) 2차년도: 액체를 이용한 초저전력 시냅스 단일 소자를 개발하여 시냅스 소자의 특성 및 학습 가능성을 평가함. 뿐만 아니라 cyclic voltammetry, impedance spectroscopy 등의 전기화학적 평가를 통해 소자의 동작 메커니즘을 분석함.
(3) 3차년도: 구현된 단일 시냅스 소자에 microfluidic system을 적용하여 시냅스 어레이를 제작하고, 액체 기반의 인공신경망을 개발함. 제작된 microfluidic synaptic 어레이 내의 소자들의 균일한 작동 및 특성을 평가하고 최적의 synaptic 어레이 제작을 위한 구조 제시 및 개선을 진행함.
(4) 4차년도: 구현된 microfluidic synaptic 어레이를 칩 형태로 구현함. Chip 구조에 서의 소자 최적화를 진행하고 액상기반 뉴로모픽 소자의 성능을 평가함. Microfluidic 어레이 구현 및 액상 기반 synaptic chip의 시냅스 특성 확보함. 시냅스 특성을 모사가능한 microfluidics 어레이 구현 및 특성을 평가하고, 액상 기반 시냅스 어레이를 활용한 항상성 특성을 구현함. 또한, 액상 기반 시냅스 어레이를 활용한 multi-input 특성 구현하고 microfluidic synaptic 어레이의 응용 가능성 평가함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
실제 인공 지능의 기반이 되는 하드웨어 기술을 다방면으로 상용화하기 위한 돌파구로 ‘뉴로모픽’ 기술이 대두되고 있으며, 이에 따라 인간의 뇌를 모사한 시냅스 칩을 활용하려는 연구가 활발히 이루어지고 있음. 본 연구 과제에서 개발한 액상기반 뉴로모픽 소자는 실제로 뇌에서 일어나는 현상을 microfluidic chip을 통해 모사함으로써 다양한 응용분야 및 활용 범위가 기대됨. 또한 액체 내의 높은 이온 이동도를 이용하여 낮은 작동전압을 달성하고 액체의 비열 특성으로 인해 발열문제를 해결함. 이를 통해 저전력 소모가 필수적인 스마트폰, 노트북 등의 모바일 기기 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됨. 또한, 액상기반 메모리 소자와 관련된 특허확보와 학술 논문 발표를 통해 IP 선점 및 기술 선도를 할 수 있는 기반을 마련함. 본 연구를 통해 최종적으로 인간의 뇌를 모사한 microfluidic 기반 뉴로모픽 소자 제작 기술 및 평가 등 핵심 기술의 확보를 통해 정보저장기술, 소재기술 등 다양한 관련분야의 R&D 발전에 이바지할 수 있을 것으로 판단됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구의 필요성 및 목적 ... 4
• 1-2. 연구의 가설 및 도출 근거 ... 5
• 1-3. 연구의 최종 목표 ... 5
• 1-4. 연구의 범위 및 내용 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 10
• 2-1. 1차년도 개발 결과 ... 10
• 2-2. 2차년도 개발 결과 ... 12
• 2-3. 3차년도 개발 결과 ... 13
• 2-4. 4차년도 개발 결과 ... 14
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 및 정량적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 4-1. 기술, 경제, 산업적 측면에서의 액상기반 뉴로모픽 소자의 기여 정도 ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 5-1.성과 관리 추친체계 ... 18
• 5-2. 연구 개발 성과의 활용 분야 ... 18
• 5-3. 연구 개발 성과의 활용 방안 ... 18
• 5-4. 추가 연구의 필요성 ... 18
• 5-5. 타 연구에의 응용 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 20
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 21
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 29
• 끝페이지 ... 38