박철민 교수팀, 스마트워치보다 3만배 낮은 초저전력 웨어러블 기기 개발 

뉴로모픽 기반 센서·연산·디스플레이 통합 AI 디스플레이

[사진 1. (왼쪽부터) 박철민 교수, 왕건욱 고려대 교수, 김우중 통합과정생, 이규호 박사, 최상현 UCSB 박사]

신소재공학과 박철민 교수 연구팀과 고려대학교 왕건욱 교수 연구팀이 공동연구를 통해 센서-시냅스-디스플레이 기능을 단일 소자로 융합한 초저전력 뉴로모픽 기반 일체형 AI 디스플레이 소자 플랫폼을 개발했다.

최근, 맞춤형 건강관리 수요가 증가하면서 신체 움직임, 심박수 등 생체 정보를 모니터링하는 헬스케어 기기에 대한 요구가 높아지고 있다.

그러나 현재 상용화된 웨어러블 기기들은 센서, 연산, 디스플레이 기능이 개별적으로 작동해 시스템이 복잡하고, 데이터 처리 지연과 전력 소모가 크다는 문제가 있다. 또한 직관성이 낮은 디지털 숫자 표시, 구부림이나 압력 등 변형에 취약해 착용성이 떨어지는 점도 한계로 지적된다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 생체 신경망을 모방한 뉴로모픽 기술과 데이터를 단말기에서 실시간 처리하는 엣지 컴퓨팅 방식을 적용해, 센서-시냅스-디스플레이 기능을 단일 소자로 융합한 초저전력 AI 디스플레이를 개발했다.

[그림 1. 다색 발광 전기화학 발광 시냅스 소자 구동]

연구팀은 전기화학발광 이온겔과 유기 전기화학 트랜지스터를 접목해, 센서-시냅스-디스플레이 기능이 집적된 뉴로모픽 기반 AI 디스플레이 소자를 구현했다. 

AI 디바이스는 인공신경망을 통해 입력 자극을 실시간으로 학습하고, 결과를 빛의 강도와 색상으로 출력한다.

이렇게 개발한 일체형 AI 디스플레이의 전력 소모는 스마트워치(약 1W)의 약 3만배 낮은 수준으로, 향후 초저전력 웨어러블 기기로 활용 가능성이 크다.

연구팀은 이 기술을 웨어러블 플랫폼으로 발전시켜, 사용자의 관절 재활 및 심박수 이상에 대한 모니터링도 성공적으로 수행했다.

[그림 2. (왼쪽) 뉴로모픽 기술 기반 손가락 재활 모니터링 개념 및 구동 결과,

(오른쪽) 인공신경망 학습을 활용한 심박 시각화 모니터링 개념도 및 구동 결과]

관절 재활의 경우, 사용자의 움직임에 따라 디스플레이가 빨강, 초록, 파랑 색상으로 불빛이 점점 밝아져 사용자에게 동기부여 효과를 제공한다.

또한, 심박 패턴을 분석해 정상 상태는 빨간색, 경미한 이상은 초록색, 심각한 이상은 파란색으로 표시해 즉각적인 피드백을 전달한다.
 

박철민 교수는 “이번 연구를 통해 기존 웨어러블 시스템의 높은 전력 소모와 복잡한 구조적 한계를 극복했다.”며, “건강 상태 모니터링뿐만 아니라 로봇 감각 피드백, 스마트 센서, IoT 기반 AI 디바이스 등 다양한 분야로 활용될 수 있다.”고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재 기술 개발사업과 중견연구 사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 2월 24일 게재됐다. 

*출처: 연세소식(2025.03.07)