나노 소재기반 반도체 소자 활용 차세대 인공지능 영상 처리 기술 개발

편광 감응형 In-Sensor 컴퓨팅 기술 연구 그림. (자료제공: 창원대)

국립창원대학교(총장 박민원)는 반도체물리학과 안종태 교수가 한국과학기술연구원(KIST), 부산대학교와의 공동 연구를 통해 세계적인 과학저널 ‘Nature Communications’에 새로운 영상 처리 기술에 관한 연구 성과를 게재했다고 6월 24일 밝혔다. 

이번 연구는 ‘편광 감응형 In-Sensor 컴퓨팅 기술’을 세계 최초로 제안하고 구현함으로써, 미래형 반도체 및 인공지능 이미지 센서 개발에 중요한 전환점을 마련한 것으로 평가받고 있다.

연구진은 원형 편광(Circularly Polarized Light, CPL)에 선택적으로 반응하는 센서를 구현하기 위해 2차원 반도체 물질과 카이랄(Chiral) 유기 구조를 결합한 하이브리드 소자를 개발하였다. 이번에 개발된 장치는 근적외선 영역에서 CPL의 좌·우 회전 편광을 구분할 수 있는 세계 최고 수준의 감도(g-factor ±1.90)와 4μs의 초고속 응답 속도를 동시에 달성했다.

제1저자로 참여한 한국과학기술연구원 이제준 박사는 “해당 기술은 MNIST 및 Fashion-MNIST 데이터셋과 같은 인공지능 학습 이미지에 실제 적용돼, 기존 방식과 비교해 인식률을 대폭 향상시켰고, 편광 상태를 조절함으로써 동일한 하드웨어 회로에서 서로 다른 이미지 필터링(윤곽선 검출, 노이즈 제거 등) 기능을 자유롭게 전환할 수 있는 ‘혼합 멀티모달 영상 처리’도 가능하다”고 설명했다.

기존 영상 처리 방식은 센서에서 데이터를 수집한 후 이를 디지털화하여 후속 연산 장치에서 처리하는 반면, 이번에 개발된 소자는 빛이 들어오는 순간 실시간으로 이미지 분석이 가능해 지연과 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있다.

국립창원대 안종태 교수는 "이번 연구는 광학, 나노소자, 인공지능 알고리즘이 융합된 차세대 센서 컴퓨팅 분야의 핵심 원천기술로, 향후 자율주행, 의료 영상, 보안 및 양자 영상 기술 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것"이라고 강조했다.

국립창원대는 이번 논문 발표를 계기로 반도체·나노소자 기반 미래형 영상 시스템 연구를 더욱 고도화하고, 지역의 반도체 생태계와의 연계를 강화하여 세계적 경쟁력을 확보할 계획이다. 

해당 연구는 국립창원대 안종태 교수, KIST 양자기술연구단 황도경 박사, 부산대 고분자공학과 안석균 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 이뤄졌으며, 국립창원대 G-램프(LAMP)사업, 2024학년도 국립창원대 신진교원 연구비 지원 사업의 지원을 받아 수행됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]