[IT 소식] 인간 미각 감지 원리 모방한 '인공지능-센서'기반 절대 미각 ‘전자혀’ 기술 개발

 

DGIST 장경인 교수 공동연구팀, 실시간으로짠맛·신맛·떫은맛·단맛을 동시에 느끼는 복합 미각 센서 개발...식료 산업 뿐 아니라 화장품, 의약 산업, 휴머노이드 등 다양한 분야 활용 기대

 

연구팀이 개발한 전자혀는 쉽게 휘거나 구부러질 수 있다.

국내 연구진이 센서와 인공지능(AI) 딥러닝 기술을 효과적으로 통합해 실시간으로 짠맛·신맛·떫은맛·단맛을 동시에 정밀하게 측정할 수 있어 식품·주류·화장품 및 의약품과 휴머노이드 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

DGIST(총장 이건우) 로봇및기계전자공학과 장경인 교수 연구팀과 KAIST(총장 이광형) 항공우주공학과 최지환 교수 연구팀이 인간 미각을 모방한 인공 전자혀 시스템을 개발했다.

전자혀(E-tongue)는 인공 미각 센서로, 인간의 미각을 모방하여 다양한 맛을 구분하고 세부적인 특징을 정량적으로 평가할 수 있다. 객관적이고 일관된 맛의 평가를 가능하게 해 신제품 개발 및 품질 관리 시 중요한 도구로 활용될 수 있다.

연구팀의 전자혀 시스템 개요도: a. 인간 미각 모방을 위한 개요도. b. 전자혀 시스템 센싱 파트 구조 정보. c. 제작된 전자혀 시스템 실물 사진 d. 제작 지질막으로 4가지 맛을 측정하기 위한 원리 설명

전자혀는 맛물질과 맛세포에 포함된 맛수용체의 화학 반응 결과가 전기적 신호로 변환되어 신경망을 통해 뇌에 전달되며, 뇌는 이 신호를 해석하며 맛을 인식하는 원리로 작동한다. 그러나 기존 연구에서는 전자혀의 센서 부분에 중점을 두고 개발이 이루어져 왔기 때문에 딥러닝 기술과의 통합이 부족하여 높은 정확도와 신뢰성을 유지하는 데 한계가 있었다.

이에 장경인·최지환 교수 연구팀은 센서와 딥러닝 기술을 효과적으로 통합한 전자혀 시스템을 개발하는 데 성공했다. 연구팀은 각각의 맛을 감지할 수 있는 네 가지의 센서를 만들었고, 밀리미터 스케일의 우물 구조(well-structure)를 센서 소자에 제작하여 안정적으로 측정이 가능하게 했다. 또한, 맞춤형 딥러닝 알고리즘을 도입하여 맛 해석을 효과적으로 수행할 수 있도록 했다.

전자혀 시스템의 센서 성능평가 및 러닝 기법을 통한 와인 구분 결과:a. 전자혀 시스템을 통해 화학정보의 맛을 전기신호 변환된 데이터. 4가지 맛에 대한 반응성, 재현성, 선택성을 보여줌. b. 6가지 와인을 전자혀 시스템을 통해 측정한 데이터와 사람들이 온라인으로 남긴 리뷰 데이터를 비교한 그래프. c. 맛 인지를 위해 적용한 딥러닝 아키텍처 d. 6종 와인 구분 데이터 및 랜덤 와인 1종을 기존 학습 시킨 6종 와인과 비교하여 맛의 비슷한 정도를 보여주는 데이터.

연구팀은 개발한 전자혀 시스템을 활용하여 6종의 와인을 측정하고 맛 프로파일링 실험을 수행했다. 딥러닝 기술을 활용해 6종의 와인을 95%이상의 확률로 구분하는데 성공했으며, 기존 와인과 유사한 와인을 제안하는 추천시스템도 구현했다. 이로써 전자혀 시스템은 다양한 응용 분야에서 활용 가능함이 입증되었다. 나아가, 각종 식품·주류 개발, 화장품, 의약품 등 다양한 분야로 응용 가능성을 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST 로봇및기계전자공학전공 장경인 교수(사진)는 “이번 연구를 통해 개발한 기술은 복합 맛을 측정 가능한 센서-딥러닝 통합 전자혀 시스템으로써 기존에 정량화 하기 힘들었던 미각을 정량적으로 평가할 수 있는 센서-딥러닝 기술”이라며 “다양한 와인을 통해 맛의 구분을 높은 확률로 구분 할 수 있음을 확인했으며, 추후 연구 내용을 더 발전시켜 식료 산업 뿐만 아니라 화장품 또는 의약 산업 등 다양한 분야에서 활용 될 수 있는 기술로 발전시키겠다.”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 국제학술지인 ACS 응용 재료 및 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)에 '딥러닝 알고리즘을 통한 포괄적인 맛 분석을 위한 미뢰(味蕾)에서 영감을 받은 한 방울로 다중 맛 감지(Taste Bud-Inspired Single-Drop Multitaste Sensing for Comprehensive Flavor Analysis with Deep Learning Algorithms)'란 제목으로 지난 9월 게재됐다.

참고로 미뢰는 인간이 맛을 느끼는 꽃봉오리 모양의 기관으로 주로 혀 점막의 유두 속에 많이 분포하고 미각세포와 지지세포로 구성되며 약 1만 개가 있다, 각기 다른 미뢰는 짠맛·신맛·쓴맛·단맛 등을 인식한다.

원문: https://www.aitimes.kr/news/articleView.html?idxno=29655