한국과학기술연구원(KIST) 반도체기술연구단 박종길 박사가 이끄는 연구팀은 뇌의 학습 원리를 모방한 '뉴로모픽 칩'을 개발해 뇌 신호 분석의 새로운 접근법을 제시했다. 사진 게티이미지

인간의 뇌처럼 작동하는 반도체를 국내 연구팀이 개발했다. 뇌 신호를 해석하는 속도가 기존보다 최대 2만 배 빨라지면서, 향후 BCI(뇌-컴퓨터 인터페이스)를 비롯해 자율주행·로봇 제어 등 다양한 첨단 분야로의 응용 가능성이 열렸다는 평가다.

27일 한국과학기술연구원(KIST)은 뇌의 신경망 작동 원리를 모방한 반도체 ‘뉴로모픽 칩’을 개발했다고 밝혔다. 뉴로모픽은 뉴런(neuron·신경세포)과 모픽(morphic·형태)을 결합한 단어로, 인간의 뇌가 정보를 처리하고 학습하는 방식을 모방한 AI(인공지능) 반도체 기술이다. 뇌 신경망과 유사하게 병렬적으로 연산하면서 적은 에너지로 높은 효율을 낼 수 있다. GPU(그래픽처리장치)가 연산 중심이라면 뉴로모픽 칩은 학습 중심이다. 연구를 주도한 KIST 반도체기술연구단의 박종길 선임연구원은 “뉴런 간의 연결로 지능이 형성되기 때문에, 이 연결성을 분석하고 구현하려는 것이 뉴로모픽의 핵심 개념”이라면서 “뇌 신호 분석 문제를 뉴로모픽 방식으로 푸는 것은 새로운 접근법”이라고 설명했다.

뉴로모픽 칩은 뇌와 컴퓨터를 연결하는 BCI 기술의 핵심 기반이 될 수 있다. BCI의 관건은 뇌 속 수많은 신경세포에서 발생하는 복잡한 신호를 빠르고 정확하게 해석하는 것인데, 기존에는 신경세포 활동 데이터를 오랫동안 저장해 통계적으로 사후 분석하는 방식으로 접근했다. 뉴로모픽 칩을 활용하면, 데이터를 저장하지 않고도 실시간으로 분석할 수 있다. 기존보다 2만 배 빠른 뇌 연결 분석이 가능하다. 박 선임연구원은 “생각만으로 기기를 제어하는 BCI 기술은 물론, 시간순서와 원인·결과 관계가 복잡한 센서 신호를 실시간으로 분석해 자율주행 차나 위성통신 같은 첨단 AI 분야에도 응용될 수 있다”고 말했다.

연구팀이 개발한 뉴로모픽 칩은 신경세포의 신호 발생 시간 순서에 따라 연결 강도를 조절하는 STDP(스파이크 시각 차이 기반 학습) 원리를 회로로 구현했다. 칩 자체가 뇌 신호의 시차를 감지해 시냅스(뉴런 간 연결 지점)의 연결 강도를 바꾸도록 설계했다. 또 이를 온칩(on-chip) 기반으로 개발해 칩 내부에서 학습에 필요한 연산과 가중치(시냅스 강도) 조정이 직접 이뤄지도록 했다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 『IEEE 신경시스템 및 재활공학 저널(Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)』 최신호에 게재됐다.

팩플: BCI, 어디까지 왔나

김혜미 디자이너

뇌에 전극(칩)을 심어 컴퓨터 등 각종 기기와 연결해 마음을 읽는 BCI 기술의 상상은 현실이 되고 있다. 현재까지 주류는 뇌 속에 칩을 심는 ‘침습’ 진영. 그런데 꼭 칩을 머리에 심어야 하나? 수술 없이 머리에 센서를 붙여 뇌 바깥에서 뇌파를 수집·분석하는 ‘비침습적’ BCI 연구도 AI를 등에 업고 세를 키우는 중인데. BCI의 현주소와 미래가 궁금하시다면.

????뇌 임플란트 시술 받을래요? 텔레파시 ‘머리 끝’까지 왔다
https://www.joongang.co.kr/article/25373337

????뇌에 칩 심자 마비 환자 걸었다…‘텔레파시’ 8조 시장이 온다
https://www.joongang.co.kr/article/25247329