△ 성균관대 화학공학과 김태일 교수

"뇌파 이용 인공지능머신 의사결정 성능 높이겠습니다"

이는 최근 문신 전극 기반 뇌파 측정 장치를 이용해 무선 뇌-인공지능 자동 제어 인터페이스를 개발한 성균관대학교 화학공학과 김태일 교수의 목표다.

김 교수는 최근 매우 얇은 두께로 사람 피부에 마치 문신처럼 부착되어서 생체 신호 모니터링 용도로 사용되는 '문신 전극' 기반의 뇌파 측정 웨어러블 디바이스를 제작, 사람의 뇌파를 통해 인공지능머신의 의사결정 성능을 향상 시키는 시스템을 개발했다.

인터뷰

인공지능 기계를 일상생활 속에서 사용하는 동시에 오작동을 지적하거나 올바른 동작에 대한 정보를 전달하는 것은 현재 손이나 음성을 이용하는 번거로운 방법을 이용하고 있다.

이를 타개하기 위해 뇌파를 이용하여 사용자가 번거로운 노력을 들이지 않고 인공지능 기계에게 잘못된 동작에 대한 피드백을 주는 연구들이 나타나고 있지만 대부분 뇌파 측정 장치의 성능 부족과 동적 노이즈 문제를 해결 하지 못해 일상생활에서는 사용 할 수 없는 수준이고 제한된 실험실 환경에서만 연구되고 있다. 

이 같은 상황이 김 교수가 이번 연구를 하게끔 만들었다.

김 교수는 "연구를 시작할 때는 문신 전자 장치를 이용하여 뇌파를 측정하고 이를 자율주행 기기에 적용 할 방법이 없을지에 대한 고민으로 시작했다"며 "이 고민은 곧 단순히 피부에 부착하는 전극만을 개발해서는 실용적인 가치를 만들 수 없다는 결론으로 이어졌고 문신 전자 장치를 기반으로 하는 통합적인 무선통신 웨어러블 디바이스 개발을 시작했다"고 말했다.

김 교수는 이어 "완성된 디바이스는 일상 환경에서 큰 노이즈 감소 특성과 고품질 뇌파 측정을 가능하게 하였고 다각적인 시선에서의 연구 접근이 매우 필수적임을 확인 할 수 있었다"며 "이를 통해 인공지능 기계의 성능을 향상 시킬 수 있는 뇌-인공지능 폐쇄 루프 제어 시스템을 개발 할 수 있었다"고 덧붙였다.

김 교수는  이를 해결하고자, 높은 품질의 뇌파를 측정 할 수 있게 해주는 문신 전극을 제작하고 이를 기반으로 구성되는 새로운 형태의 무선 웨어러블 뇌파 측정 장치를 개발했다.

해당 장치는 기존 뇌파 측정 장치와는 달리 사용자가 움직이는 상황에서도 노이즈가 매우 작고 무선 통신이 가능하여 일상생활에서도 인공지능 기계에 적용이 가능하다.

해당 뇌파 측정 장치는 기존의 제한된 실험실 환경에서 사람을 구속한 채로 진행되던 연구를 사용자가 자유롭고 실험실이 아닌 다양한 환경에서 연구 될 수 있게 함으로 새로운 형태의 뇌-인공지능 폐쇄 루프 제어 인터페이스를 최종적으로 개발 할 수 있게 했다.

김 교수가 제공하는 새로운 형태의 뇌-인공지능 폐쇄 루프 제어 시스템은 사람이 오류를 관찰하면 생기는 매우 미세한 크기의 뇌파 패턴인 error-related potential (ErrP, 오류 관련 전위)을 뇌파에서 성공적으로 추출하고 이를 인공지능에게 실시간 무선통신으로 보내주어 인공지능 기계가 스스로 오작동을 인지하고 개선하는 형태다.

김 교수에 따르면 기존의 연구들은 뇌-기계 인터페이스가 충족시켜야 하는 다양한 조건들 중 소수만을 선택해 해당 조건에서의 성능 향상을 관찰하는 형태였지만 이번 연구는 전극, 커넥터, 측정 시스템, 패키징, 뇌파 및 노이즈 신호 분석, 딥러닝 모델 학습, 인공지능 기계 적용 등의 여러 조건들을 통합적으로 고민하며 뇌-인공지능 폐쇄 루프 제어 시스템을 성공적으로 구현 할 수 있었다.

하지만 이 기술이 당장 상용화되기에는 어려움이 따른다.

김 교수는 이 기술의 실용화를 위해서는 지속적인 뇌파 측정 디바이스의 성능 향상을 목표로 하며 계속해서 소자 관련 연구가 진행이 기반이 된 상태에서 해당 기술을 기반으로 많은 수의 빅 데이터 수집이 필요하며 조금 더 다양한 변수 상황에서의 뇌-인공지능 폐쇄 루프 제어 시스템을 시도해보고 검증해 봐야 할 것이라고 설명했다.

김 교수의 목표는 이 뇌-인공지능 폐쇄 루프 제어 시스템을 이용해 많은 기술을 개발하는 것이다.

그는 뇌-인공지능 폐쇄 루프 제어 시스템으로 다양하게 시도해보고 검증해 여러 상황에 따른 사용자의 뇌파 변화를 측정하고 수집, 현재 결과보다 더욱 실용적인 기술을 개발하고자 한다"고 말했다. 

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#뇌파#인공지능머신#의사결정