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인공신경계: 로봇이 마침내 느낄 수 있을까?

인공 신경계는 마침내 보철 및 로봇 팔다리에 촉각을 부여할 수 있습니다.

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퀀텀런 예측
2023 년 11 월 24 일

인사이트 요약

인간 생물학에서 영감을 얻은 인공 신경 시스템은 로봇과 감각 세계 사이의 상호 작용을 변화시키고 있습니다. 감각 신경 회로가 점자를 식별할 수 있는 중요한 2018년 연구를 시작으로 싱가포르 대학의 2019년 인간 촉각 피드백을 능가하는 인공 피부 개발에 이르기까지 이러한 시스템은 빠르게 발전하고 있습니다. 2021년 한국 연구에서는 로봇 움직임을 제어하는 빛 반응 시스템을 추가로 시연했습니다. 이러한 기술은 강화된 보철 감각, 인간과 유사한 로봇, 신경 장애에 대한 개선된 재활, 촉각 로봇 훈련, 심지어 증강된 인간 반사 신경을 약속하며 잠재적으로 의료, 군사 및 우주 탐사 분야에 혁명을 일으킬 수 있습니다.

인공신경계 맥락

인공신경계에 관한 최초의 연구 중 하나는 2018년에 스탠퍼드대학교와 서울대학교 연구진이 점자 알파벳을 인식할 수 있는 신경계를 만들었습니다. 이 위업은 보철 장치 및 소프트 로봇 공학을 위한 피부와 같은 덮개에 배치될 수 있는 감각 신경 회로에 의해 가능해졌습니다. 이 회로에는 세 가지 구성 요소가 있는데, 첫 번째는 작은 압력 지점을 감지할 수 있는 터치 센서입니다. 두 번째 구성 요소는 터치 센서에서 신호를 수신하는 유연한 전자 뉴런이었습니다. 첫 번째와 두 번째 구성 요소의 조합으로 인간의 시냅스(정보를 전달하는 두 뉴런 사이의 신경 신호)를 모방한 인공 시냅스 트랜지스터가 활성화되었습니다. 연구자들은 신경 회로를 바퀴벌레 다리에 연결하고 센서에 다양한 압력 수준을 적용하여 테스트했습니다. 가해지는 압력의 정도에 따라 다리가 씰룩거렸다.

인공신경계의 주요 장점 중 하나는 인간이 외부 자극에 반응하는 방식을 모방할 수 있다는 것입니다. 이 기능은 기존 컴퓨터로는 할 수 없는 기능입니다. 예를 들어 기존 컴퓨터는 의수족 제어 및 로봇 공학과 같은 작업에 필수적인 변화하는 환경에 충분히 빠르게 반응할 수 없습니다. 그러나 인공신경계는 '스파이킹(spiking)'이라는 기술을 사용하여 이를 수행할 수 있습니다. 스파이킹은 실제 뉴런이 뇌에서 서로 통신하는 방식을 기반으로 정보를 전송하는 방법입니다. 디지털 신호와 같은 기존 방법보다 훨씬 빠른 데이터 전송이 가능합니다. 이러한 장점으로 인해 인공신경계는 로봇 조작과 같이 빠른 반응이 필요한 작업에 적합합니다. 얼굴 인식이나 복잡한 환경 탐색 등 경험 학습이 필요한 작업에도 사용할 수 있습니다.

파괴적 영향

2019년 싱가포르 대학은 로봇에게 인간 피부보다 훨씬 뛰어난 촉각을 제공할 수 있는 가장 진보된 인공 신경계 중 하나를 개발할 수 있었습니다. ACES(Asynchronous Coded Electronic Skin)라고 불리는 이 장치는 개별 센서 픽셀을 처리하여 '감정 데이터'를 빠르게 전송합니다. 이전 인공 피부 모델은 이러한 픽셀을 순차적으로 처리하여 지연이 발생했습니다. 팀이 수행한 실험에 따르면 ACES는 촉각 피드백 측면에서 인간 피부보다 훨씬 뛰어납니다. 이 장치는 인간의 감각 신경계보다 1,000배 이상 빠르게 압력을 감지할 수 있습니다.

한편, 2021년에는 국내 XNUMX개 대학 연구진이 빛에 반응하고 기본적인 작업을 수행할 수 있는 인공신경계를 개발했다. 이번 연구는 빛을 전기 신호로 변환하는 포토다이오드, 로봇 손, 뉴런 회로, 시냅스 역할을 하는 트랜지스터로 구성됐다. 조명이 켜질 때마다 포토다이오드는 이를 신호로 변환하고, 이는 기계식 트랜지스터를 통해 이동합니다. 그런 다음 신호는 뉴런 회로에 의해 처리되며, 이 신호는 조명이 켜지자마자 떨어지도록 프로그래밍된 공을 로봇 손에 잡으라고 명령합니다. 연구원들은 로봇 손이 결국 공이 떨어지자마자 잡을 수 있도록 기술을 개발하기를 희망하고 있습니다. 이 연구의 주요 목표는 신경학적 질환이 있는 사람들이 예전처럼 빨리 통제할 수 없는 사지의 통제력을 회복하도록 훈련시키는 것입니다.

인공신경계의 의미

인공 신경계의 더 넓은 의미는 다음과 같습니다.

인간만큼 빠르게 자극에 반응할 수 있는 인간과 같은 피부를 가진 휴머노이드 로봇의 탄생.
뇌졸중 환자와 마비 관련 질환을 앓고 있는 사람들은 신경계에 내장된 감각 회로를 통해 촉각을 회복할 수 있습니다.
원격 작업자가 로봇이 만지는 것을 느낄 수 있게 되어 로봇 교육이 더욱 촉각적으로 이루어지고 있습니다. 이 기능은 우주 탐사에 유용할 수 있습니다.
기계가 물체를 보고 만짐으로써 물체를 식별할 수 있는 터치 인식의 발전.
더 빠른 반사 신경을 통해 신경계가 강화되거나 강화된 인간. 이러한 발전은 운동선수와 군인들에게 유리할 수 있습니다.