자율주행 ‘센서’ 한계 극복… 빛만으로 ‘밤길 물웅덩이’ 인식

KAIST, 자기 재구성 편광 센서기술 개발
편광정보 활용해 최적 상태 찾아 동작 조절
95% 이상 높은 정확도로 물체 인식… 자율주행 적용

빛만으로 동작이 가능한 편광 인공지능 센서 기술 이미지로 제미나이가 그린 일러스트. KAIST 제공.

어두운 밤 젖은 도로와 물웅덩이를 구분하지 못하던 기존 센서의 한계를 극복한 차세대 센서 기술이 개발됐다.

자율주행 차량과 드론, 모바일 기기 등에 적용돼 에너지 효율과 실시간 처리 성능을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.

KAIST는 서준기 생명화학공학과 교수 연구팀이 빛이 특정 방향으로 진동하는 성질인 '편광' 정보를 활용해 스스로 최적 상태를 찾아 동작을 조절하는 '자기 재구성 편광 센서 배열 기술'을 개발했다고 12일 밝혔다.

최근 인공지능(AI) 기반 시각 기술이 빠르게 발전하고 있으나, 대부분의 센서는 빛의 세기 정보에만 의존해 물체의 방향성이나 표면 구조를 정밀하게 파악하는 데 한계가 있다.

또 현재의 비전 시스템은 센서에서 획득한 데이터를 외부 프로세서로 전달해 처리하는 구조로, 에너지 소모와 처리 속도 개선에 제약이 있다.

서준기(왼쪽 세번째) KAIST 교수와 연구진.

연구팀은 빛의 진동 방향 정보까지 함께 인식할 수 있는 편광 기반 센서 기술을 개발했다. 편광은 물체의 표면 구조와 방향성, 물질 특성을 반영하는 핵심 광학 신호로, 기존 센서보다 훨씬 풍부한 시각정보를 확보할 수 있다.

연구팀은 텔루늄과 이황레늄이라는 서로 다른 2차원 물질을 서로 교차하도록 정밀하게 쌓아 빛 조건에 따라 센서 반응이 스스로 바뀌는 구조를 구현했다. 여기에 원자층 구조를 제어하는 '에피택셜 원자층 증착 공정'을 적용해 안정성과 재현성을 높였다. 이 구조에서는 빛의 세기, 파장, 방향 등 조건에 따라 전류 방향이 뒤집히는 광반응을 통해 외부 전기 신호 없이 빛만으로 센서의 동작 상태를 자유롭게 조절할 수 있다.

이 기술은 센서 자체가 데이터를 처리하는 '인-센서 컴퓨팅' 구조에 적용, 복잡한 연산 과정 없이 다양한 광학 정보를 효율적으로 처리할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

실제 실험에서 움직이는 물체를 95% 이상 높은 정확도로 인식했다.

서준기 교수는 "빛의 편광 정보를 활용해 보다 풍부한 시각 정보를 확보할 수 있는 AI 비전 기술의 새로운 기반을 제시한 연구"라며 "앞으로 자율주행과 의료진단 등 다양한 분야에서 활용할 수 있으며, 궁극적으로 별도의 고성능 프로세서 없이 센서 자체에서 AI 연산을 수행하는 지능형 비전 시스템으로 확장할 수 있다"고 말했다.

연구결과는 국제 학술지 '네이처 센서스' 지난달 14일자에 실렸다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr