[신기술 소개] 의식적 반응이 가능한 인공 시각자극반응 시스템

신기술 소개

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 39, No. 4, 2021 … 399 인간은 다양한 외부 자극을 인지하고 다양하고도

정교한 시스템을 통해 외부 자극에 반응한다. 반응의 과정에서 의식의 개입 여부에 따라 각각 의식적 반응 과 무의식적 반응으로 구분할 수 있다. 무릎 반사가 대표적인 무의식적 반응의 예라면, 독자가 글을 읽는 행위를 비롯한 일상의 많은 행위는 의식적 반응의 결 과이며, 이는 특히나 반복 학습을 통해 반응속도를 향상시킬 수 있다는 특징을 갖고 있다. 해당 논문에 서는 신경계의 신호전달 단위를 모사한 인공 시냅스

소자를 바탕으로 시각적 외부자극(빛)에 대해 의식적 반응을 모방할 수 있는 “인공 시각자극 반응시스템”

을 발표하였다. 시스템은 시각적 신호를 인식하는 망 막 역할을 하는 양자점 기반 광다이오드, 광다이오드 의 전기신호를 퍼스신호로 전환하는 인공뉴런회로, 전기이중층 기반 시냅스 트랜지스터, 그리고 자극에 대한 최종반응을 구현하는 로봇 손으로 구성되었다.

시스템의 학습 능력은 자극의 반복에 따라 이온의 움 직임이 점차적으로 제어되는 새로운 개념의 고분자/

의식적 반응이 가능한 인공 시각자극반응 시스템

(Artificial Stimulus-Response System Capable of Conscious Response)

J. H. Cho et al. Sci. Adv. (DOI: 10.1126/sciadv.abe3996)

그림 1. 의식적 반응이 가능한 인공 시각자극 반응시스템. (A) 망막, 뉴런, 시냅스 및 근육으로 구성된 생물학적 자극 반응 시스템의 개략 도. (B) InP 양자점 기반 인공시각수용체 소자구조 및 (C) 이온움직임 제어가 가능한 전기이중층 기반 인공시냅스 소자구조. (D) 학습을 통해 성공적으로 공을 잡는 모습 개략도. (E) 학습 과정 전후의 신경 신호 차이. 본 그림은 해당 논문의 Figure 1을 편집한 것임.

신기술 소개

400 … NICE, 제39권 제4호, 2021

전해질 복층구조 시냅스 트랜지스터의 동작에 기초 하며, 연구진은 이를 바탕으로 반복적인 빛 자극을 통해 인공 시각자극 반응시스템의 신호 처리 능력이 향상됨을 확인하였다. 그리고 최종적으로는 로봇 손 의 반응속도가 자극의 반복에 따라 제어됨을 확인하 였다. 즉 인간의 의식적 반응의 대표적인 특징인 반 복된 자극을 통한 학습이 본 인공 시각자극 반응시스 템에서 구현됨을 발표한 것이다.

참고문헌

Seongchan Kim, Dong Gue Roe, Yoon Young Choi, Hwije Woo, Joongpill Park, Jong Ik Lee, Yong- suk Choi, Sae Byeok Jo, Moon Sung Kang, Young Jae Song, Sohee Jeong, Jeong Ho Cho. Artificial stimulus- response system capable of conscious response. Science Advances 2021; 7(15): eabe3996 DOI: 10.1126/sciadv.

abe3996

그림 2. 학습 전후 뉴런활동전위 및 로봇 손의 움직임 변화. (상단 사진: 학습 전 시각 자극에 대한 응답, 하단 사진: 학습 후 시각 자극에 대한 로봇손의 응답). 본 그림은 해당 논문의 Figure 4의 일부를 편집한 것임.