독수리의 눈은 수 ㎞(킬로미터) 떨어진 곳에서 움직이는 먹잇감을 포착할 정도로 정교하다. 살아있는 줌렌즈와 같다.
높은 나무 위에서 서식하며 멀리 떨어진 움직이는 먹잇감을 쉽게 인지하도록 눈 망막에 깊고 좁은 모양의 함몰부위인 '중심와'(中心窩, fovea centralis)가 진화를 거듭해온 결과다.
'하늘의 최상위 포식자' 독수리 눈의 구조와 기능을 모방해 움직이는 물체의 감지 기능을 대폭 끌어올린 새로운 개념의 카메라가 국내 연구진에 의해 개발돼 화제다.
기초과학연구원(IBS) 김대형 나노입자연구단 부연구단장과 송영민 광주과학기술원(GIST) 교수팀은 새 눈의 구조와 기능에 착안한 물체 감지 특화 카메라를 공동 개발했다고 30일 밝혔다.
연구팀은 새 눈의 구조와 기능에서 영감을 받아 카메라를 설계했다. 카메라는 인공 중심와와 가시광선 및 자외선 감지가 가능한 다중 파장 이미지 센서로 구성된다.
연구팀은 우선 인공 중심와를 제작하고 광학 시뮬레이션을 통해 이미지 왜곡 없이 멀리 있는 물체를 확대해 감지할 수 있는 최적의 디자인을 고안하는 데 성공했다.
연구팀은 이어 우수한 전기적‧광학적 특성을 가진 페로브스카이트 물질을 활용해 다중 파장 이미지 센서를 개발했다.
서로 다른 파장 영역을 흡수하는 4종류의 페로브스카이트 물질을 사용해 광센서를 제작한 뒤 이를 수직으로 쌓아 올려 색 필터 없이 색을 구분할 수 있는 센서를 구현했다.
줌 렌즈를 사용해 물체를 확대해 보는 기존 카메라의 단점은 확대된 물체의 주변부를 감지하지 못한다는 점이다. 그러나 연구팀이 개발한 카메라는 시야의 중앙부에서 물체를 확대하며 동시에 주변부 시야도 확보한다.
연구팀이 시뮬레이션을 통해 개발한 카메라의 물체 인지 및 움직임 감지 능력을 확인한 결과, 물체 인지 능력은 약 2배, 움직임의 변화율은 3.6배 증가한 것으로 나타났다. 마치 새처럼 빠르게 정확하게 민감하게 사물의 움직임을 감지할 수 있다는 얘기다.
연구팀은 필터 없이도 가시광선은 물론 자외선까지 감지할 수 있기 때문에 시각 정보가 더욱 다양해지고 공정 비용과 무게가 절감되는 장점이 있다고 설명했다. 상업적 가치가 그만큼 크다는 뜻이다.
첨단산업 분야로 응용 가치도 높을 전망이다. 당장 주변환경을 스스로 감지하는 무인 로봇과 빠르게 이동중 주변 사물을 간파해야 하는 자율 주행차에 활용될 전망이다.
특히 새와 유사한 환경에서 움직이며 작동하는 드론에 탑재될 경우 더욱 효과가 클 것으로 기대된다. 연구팀은 드론에 이 카메라를 적용하면 빠르게 이동하며 목표물을 감지하거나, 이동 경로상의 돌발상황에 즉시 대처 가능할 것으로 기대했다.
연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 로보틱스’ 온라인판에 30일 게재됐다. 공동 제1저자인 박진홍 IBS 나노입자연구단 연구원은 “이번에 다중 파장 이미지 센서 제작을 위한 전사 공정도 새롭게 개발했다”며 “선행 연구에서 개발한 페로브스카이트 패터닝 기술과 결합해 필터 없이 가시광선뿐 아니라 자외선까지 감지가 가능한 센서를 완성할 수 있었다”고 설명했다.
댓글
0