후각의 디지털화 기술에 대한 기대감

[테크월드=신동윤 기자] 인간의 많은 감각이 센서를 통해 디지털화되고 있다. 눈을 대체하는 이미지 센서는 물론이고 청각을 대체하는 마이크, 그리고 촉각을 대체하는 압력 센서 등이 시도되고 있으며, 이런 센서들은 사람보다 훨씬 민감하게 제작돼, 사람이 적외선이나 자외선, 초음파와 같은 사람들이 인지하지 못하는 영역까지도 확인할 수 있으며, 심지어 인간에게는 없는 위치 감각을 제공하는 GPS나 자이로 센서와 같은 새로운 감각을 제공하는 경우도 있다.

하지만 의외로 발전이 더딘 부분도 존재하는데, 바로 후각이나 미각과 같은 화학 물질을 센싱하는 영역이다. 물론 화학물질 센서가 현재도 없는 것은 아니나, 가스 탐지기와 같이 특정 물질에만 반응하거나 혹은 크기 문제로 제한적인 용도로밖에 사용할 수 없다는 한계가 있었다.

인공세포막에서 인공지능까지
최근에는 후각 센서와 관련된 두가지 연구 결과가 연이어 발표됐다. 하나는 국내 연구진에 의한 것으로, 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 구현하는 기술이다.
연구진은 인공 세포막 표면에 이온 채널 단백질을 결합해 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시킨다는 점을 확인했다고 밝혔다.
이 기술은 아직 수명이 5일 정도로 불안정하고, 아직 연구실 내에서 구현하는 수준에 불과하지만, 실리콘 기판 위에 고정된 3D 인공세포막 구조체가 인공 세포 구조물로 활용될 수 있을 뿐 아니라, 세포의 기능을 수행할 수 있다고 밝히고 있다. 여기에 후각 세포를 적용할 경우 향후 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

또 다른 후각과 관련된 연구는 인텔이 최근 발표한 냄새를 맡는 컴퓨터 칩이다. 이 연구는 후각을 위한 뇌의 구조와 전기적 반응을 컴퓨터 알고리즘화하고, 이를 하드웨어 칩에 구현한 것이다.
이 기술은 동물이 냄새를 맡을 때 뇌에서 일어나는 전기적 활동을 알고리즘화해 이를 뉴로모픽 실리콘인 로이히(Loihi) 칩에 구성한 것이다. 로이히는 연구진의 노력으로 10가지 냄새에 대한 신경 표현을 학습한 것으로 알려져 있다.
연구진은 72개의 화학 감지 센서를 이용해 풍동 내에 순환하는 10가지 기체 상태의 냄새 데이터 집합을 수집하고, 감지 센서는 각각의 냄새에 대한 반응을 로이히에 전송하고 두뇌 회로를 모방한 알고리즘을 통해 분석하도록 구현했다.

다양한 응용 가능해 높은 활용도 기대
화학물질을 탐지하는 센서 중 보다 많은 효용성을 가질 것으로 기대받고 있는 것이 바로 후각 센서다. 사람의 후각은 다른 감각에 비해 개인차가 클 뿐 아니라, 일반적인 다른 동물에 비해서도 많이 뒤쳐지고, 심지어 빠르게 피로해지는 단점까지 갖고 있다.
이런 생물의 코를 대체할 수 있는 기술의 등장, 특히 디지털화된 데이터를 통해 인지할 수 있는 전자코의 등장은 다양한 적용 분야를 만들어 낼 수 있다. 예를 들면 산업 분야에서 위험물질을 감지하는 역할을 하거나, 재해 상황에서 인명 구조에 사용될 수 있으며, 심지어 의료나 세관/마약 탐지와 같은 분야에서도 활용될 수 있다.
센서 기술의 발달, 그리고 인공지능과 결합된 분석 기술의 급격한 발전은 향후 후각이나 미각 등의 감각까지도 디지털화함으로써 효용 가치를 크게 넓혀갈 수 있을 것이며, 각종 산업이나 의료 분야에서도 반도체 기반의 인공 후각이 제능력을 발휘해 나가는 모습을 볼 수 있게 될 것으로 기대된다.