동물 통각수용기를 모사한 전자소자 개발
By 박연수
2018-02-07 17:38:21 1174

인체가 통증을 느끼는 통각수용기를 모사한 전자소자가 개발됐습니다. 서울대학교 황철성 교수와 한국과학기술원 김경민 교수 공동연구팀과 미국 메사추세츠 주립대 연구팀이 각각의 연구를 통해 전류의 흐름에 따라 저항의 세기가 변화하는 전자소자인 멤리스터를 이용해 통각 수용기 특성을 인공적으로 구현했다고 합니다. 


 전자 이동에 의한 임계스위칭 거동을 보이는 멤리스터 소자로서 통각수용기 특성 구현. 출처: 한국연구재단


인간의 뇌를 구성하는 신경세포인 뉴런을 모사하는 뉴로모픽 연구가 크게 주목받고 있는데요. 특히 뉴런을 전자소자로 구현해내어 전기적 신호를 빠르게 처리하는 연구가 최근 활발히 진행되고 있죠. 


그러나 뉴런으로 전기적 신호를 보내기 위해서는 외부 자극을 감지하고 자극의 강도에 따라 생체 신호를 생성하는 수용기가 필수적입니다. 지금까지의 뉴로모픽 연구는 신경 시스템의 또다른 구성 요소인 수용기 부분에 대한 연구가 전무한 실정이라고 해요.


연구팀은 멤리스터의 임계 스위칭 특성이 통각수용기와 유사하다는 점에 착안해 통각수용기를 닮은 소자를 개발했습니다. 인체의 통각수용기는 특정 값을 초과하는 자극에만 반응하여 통증신호를 전달해줍니다. 멤리스터 역시 가해진 전압의 세기가 임계값보다 작을 때에는 큰 저항값을 가지고, 임계값보다 클 때에는 작은 저항값을 갖습니다.


이온 이동에 의한 임계스위칭 거동의 인공수용기 멤리스터 소자. 출처: 한국연구재단


각 연구팀은 멤리스터를 이용하여 통각수용기와 같은 통각 과민, 이질통, 회복 등의 특성을 완벽히 모사해냈습니다. 특히 황철성 교수‧김경민 교수 연구팀은 무조건반사 기능까지 모사했으며, 윤정호 박사 연구팀은 멤리스터에 열전 소자를 접합하여 외부 열 자극을 감지할 수 있는 기능을 구현해냈다고 합니다.


멤리스터 소자를 이용한 생물학적 무조건반사 거동 모사. 출처: 한국연구재단


황철성 교수는 “이 연구는 세계 최초로 통각수용기 특성을 구현하는 전자소자를 개발한 것”이라며, "최근 관심이 급속도로 높아지고 있는 휴머노이드 발전에 기여할 것으로 기대된다"고 연구 의의를 설명했습니다.


외부의 열 자극을 감지할 수 있는 인공 통각수용기 구현. 출처: 한국연구재단


이 연구는 재료분야 국제학술지 어드밴스트 머터리얼스(Advanced materials), 네이처 커뮤니케이션(Nature communication)에 각각 1월 10일, 1월 29일 논문으로 게재됐습니다.


박연수 에디터(flowers1774@scientist.town)

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