카이스트 이건재 교수팀, 사람 귀 닮은 음성센서 국내 첫 개발

스마트폰·AI 탑재형 제품화 성공

 
스마트폰이나 인공지능(AI) 스피커가 서로 대화를 나눌 수 있는 사람 귀를 닮은 상용화 단계의 음성센서가 국내 연구진에 의해 처음으로 개발됐다. 

카이스트(KAIST) 신소재공학과 이건재(사진) 교수와 왕희승 박사팀은 ‘공진형 유연 압전 음성 센서’를 개발해 정확도가 높은 초고감도의 인공지능 기반 화자(話者) 식별 및 음성 보안기술을 구현하고, 이를 제품화하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.

공진형 압전 음성 센서란 특정 주파수 영역에서 센서가 큰 진폭으로 진동하는 공진 현상을 이용, 음성에 의해 센서의 막이 진동할 때 민감도 높은 전압 신호를 얻는 장치다. 마치 사람이 달팽이관에 있는 사다리꼴 막이 가청 주파수 대역에서 수많은 공진 현상을 발생시키며 소리를 증폭해 먼거리에서 들을 수 있는 것과 같은 원리다.

연구진은 이 원리의 효과를 극대화하기 위해 얇은 유연 압전 막을 사용해 인간의 귀를 모사하고, 여러 공진 채널을 구현해 소리를 초고감도로 식별할 수 있는 공진형 음성 센서를 제작했다. 이어 센서 구조에 따른 공진, 주파수, 압전 막의 역할 등을 이론적으로 밝히고 크기를 소형화하면서 성능도 향상시켰다.

생체 모사된 이 공진형 음성 센서는 신호 대 잡음비(SNR)가 우수해 음성인식 기능이 뛰어나다. 아울러 다수 채널을 보유하고 있어 인공지능 음성 서비스에 적은 데이터양으로도 화자 식별 정확도를 높일 수 있다. 

실제 연구팀이 같은 조건에서 정전용량형 상용 마이크로폰과 성능을 비교한 결과, 음성 분석 및 화자 식별률을 크게 높이고 오류율은 60%에서 95%까지 줄였다.

이 교수는 “제품화된 모바일 음성 센서는 높은 민감도를 보유하면서도 크기를 획기적으로 줄였기 때문에 미래 인공지능기술을 구동하는 핵심 센서로 적용할 수 있다. 현재 대량생산 상용화 공정도 완성 단계에 있어 실생활에 곧 적용될 수 있을 것”이라고 말했다. 

연구팀은 시제품은 이 교수가 창업한 ㈜프로닉스를 통해 2020년 세계 가전박람회(CES)에서 공개된 바 있으며, 현재 실리콘밸리의 유수 IT 기업들과 협업을 추진중이다. 

연구결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난 12일자 게재됐다.

대전=임정재 기자 jjim61@segye.com