인간 두뇌모사해 저전력으로 드론 정확한 자세 제어한다

한국연구재단은 세종대학교 김성호 교수 연구팀이 사람 두뇌의 신경망을 모사한 ‘아날로그-디지털 하이브리드 연산회로’를 이용해 저전력으로 드론의 자세를 정교하게 제어하는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

기존에는 ‘0’ 또는 ‘1’ 로 이뤄진 이진법 연산의 디지털프로세서를 이용해 센서로 부터 얻어지는 정보를 연산하고 이를 기반으로 드론의 자세를 제어해 왔다.

드론이 더욱 복잡한 임무를 수행키 위해서는 고성능의 디지털프로세서가 필요하지만 제한된 배터리 용량 때문에 비행시간이 짧아지는 등의 문제가 있어 저전력 데이터 처리기술이 매우 중요하다.

이에 따라 연구팀은 인간 두뇌의 신경망에서 이뤄지는 아날로그 방식의 연산과정을 모사한 아날로그-디지털 하이브리드 회로를 구현했다.

아날로그적으로 동작하는 신경세포모방 소자와 기존 실리콘 반도체 기반 디지털집적회로를 융합한 하이브리드 회로는 기존과 동일한 연산 정확도를 가지면서 에너지 소모 측면에서는 유리하다.

이를 위해 연구팀은 2차원 반도체 물질인 황화주석(SnS2) 기반의 신경세포모방 소자를 제작했다. 이 신경세포모방 소자는 적은 에너지로 정교하게 아날로그적 상태조절이 가능하기 때문에 인간 두뇌의 신경망을 닮은 아날로그 연산방식을 구현할 수 있다.

아날로그적으로 동작하는 신경세포모방 소자와 기존 실리콘 반도체 기반 디지털집적회로가 융합된 하이브리드회로는 각속도센서와 가속도센서로부터 측정된 센서 데이터를 입력받아 센서퓨전 알고리즘을 계산하고 이를 통해 드론의 정확한 자세를 측정하게 된다.

연구팀은 또 실험을 통해 기존 디지털프로세서 대비 4분의 1의 전력소모만으로 동일한 성능의 드론 자세제어가 가능하고 센서 데이터를 저전력으로 처리할 수 있음을 증명했다.

향후 드론의 자세제어뿐만 아니라 경로 탐색, 장애물 회피, 자율비행 등 복잡한 기능구현에 하이브리드 연산회로를 적용, 저전력으로도 장시간 임무수행이 가능한 지능형 드론 연구을 지속할 계획이다.

연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 온라인판에 지난 19일 게재됐다.(논문명:Analog-digital hybrid computing with SnS2 memtransistor for low-powered sensor fusion)

김성호 교수는 “이 기술은 센서가 탑재되는 사물인터넷, 모바일 기기, 드론, 자율주행차 등에서 범용적으로 활용될 수 있을 것”이라며 “특히 에너지 효율이 높은 하이브리드 연산방식은 소형 전자시스템에 높은 차원의 인공지능 탑재 가능성을 열어줄 실마리가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

[대전=뉴시스]