달팽이관 닮은 음향센서로 특정소리 구분…실시간 위험신호 포착

한국연구재단, 무전원·다채널 차세대 음향센서 개발

고려대 한창수 교수팀, 주파수 분리 및 검출 가능 기술 확보

환경소음 분석으로 위험 상황 조기 대응, 국제학술지 게재

[대전=뉴시스]  고려대 한창수 교수팀이 개발한 차세대 음향센서 기술과 선행연구 주파수 대역 비교도. 이번 연구의 나선형 인공 기저막센서는 목표 주파수 대역에 따라 기저막을 설계할 수 있어 기존 연구 대비 넓은 주파수 대역을 측정할 수 있다.(사진=고려대 한창수 교수 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 인간의 귓속 달팽이관을 정밀하게 모사해 특정 소리를 분별·검출할 수 있는 인공 음향센서가 개발됐다.

한국연구재단은 고려대학교 한창수 교수, 전은석 박사팀이 사람의 달팽이관이 소리를 인지하는 과정을 모사해 주파수 분리 및 검출이 가능한 무전원·다채널의 차세대 음향센서를 개발했다고 24일 밝혔다.

청각기관 중 달팽이관은 귀의 가장 안쪽에 위치해 소리의 진동(주파수)을 전기신호로 바꾸고 뇌로 전달하는 기능을 한다.

달팽이관의 기저막 형상 덕분에 사람은 주파수 대역별로 나눠 다양한 소리를 감지할 수 있다.
 
기존 음향센서는 주파수 대역이 좁고 대역의 분리가 제대로 이뤄지지 않는 등 소리의 검출·분석에 한계가 있었다.

이번에 연구팀은 생체 기저막의 3차원구조 특징을 효과적으로 반영할 수 있는 새로운 설계로 달팽이관의 기저막 형상을  정밀하게 모사한 차세대 인공 기저막센서를 개발했다.
 
연구팀은 먼저 생체 기저막처럼 길이 방향에 따라 폭이 변하도록 인공 기저막 구조를 설계하고 나선형구조를 채택해 면적대비 길이를 최대한 길게 만들어 주파수 대역을 기존 1데케이드(decade)에서 2.13데케이드, 96~1만2821헤르츠(㎐)로 확장했다,

또 기저막과 청각신경을 모방해 24개의 압전센서 모듈을 부착, 24개의 채널이 각각 독립적인 주파수 대역을 가질 수 있도록 했다.

이는 기저막의 위치에 따라 원하는 특성주파수를 형성할 수 있도록 한 것으로 기저막의 최소 거리 개념이다.

개발된 무전원 음향센서를 사용해 실제 도로를 달리는 버스와 트럭, 오토바이 등 고속·고중량 차량들의 주행음을 분석한 결과 소리만으로 차량의 종류를 구별하는 등 주파수 분리능력과 전기신호 검출 및 분석 능력이 검증됐다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료분야 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 지난달 17일 게재되었다.(논문명:Frequency-Selective, Multi-Channel, Self-Powered Artificial  Basilar Membrane Sensor with a Spiral Shape and 24 Critical Bands Inspired by the Human Cochlea)

한창수 교수는 "소음이 많은 환경에서 위험신호를 미리 감지할 수 있는 조기 알림시스템으로 활용이 가능할 것"이라며 "인공 와우 등 청각보조 장치에서도 큰 효과가 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]