단일 촬영만으로 정밀한 스펙트럼 읽는다

작성일 07-15

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="We3UN2aVJn">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ded7143938167d66c6ddc6603187301524b09f842758b29c83b99be29a259d89" dmcf-pid="YfYXeURuii" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="신개념 계산 분광기에 적용된 손톱보다 작은 초소형 센서. GIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/15/dongascience/20250715174612231aofk.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="yDZtnqiBiL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/15/dongascience/20250715174612231aofk.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            신개념 계산 분광기에 적용된 손톱보다 작은 초소형 센서. GIST 제공.
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="dab0ae924e3d846cd2365f68f552ae7525b58f38f16939b35f91177befecd4f8" dmcf-pid="G4GZdue7eJ" dmcf-ptype="general">초소형 센서에 인공지능(AI) 알고리즘을 결합해 단 한 번의 이미지 촬영만으로 정밀한 스펙트럼 정보를 재구성할 수 있는 신개념 계산 분광기 기술이 개발됐다. 의료나 산업 공정 등 다양한 분야에서 소형 기기로도 다양한 물질의 성분을 분석할 수 있을 것으로 기대된다.</p>
          <p contents-hash="bfb32a0f706b999ff6ba0062ea793dc492136b64f3bfdc971d7a143a8998a37f" dmcf-pid="H8H5J7dzJd" dmcf-ptype="general">이흥노 광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학과 교수 연구팀은 다층 박막 필터 기반 초소형 센서에 AI 복원 알고리즘을 결합해 기계적 움직임 없이 한 번에 빛의 모든 파장을 얻을 수 있는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="77e5560410ca2f10a8547eabf27171715763926bd10cd05d2692cd6816a102e6" dmcf-pid="XtErqvzTLe" dmcf-ptype="general">다층 박막 필터는 서로 다른 굴절률의 얇은 막을 여러 겹 쌓아 만든 매우 작은 필터다. 눈에 보이지 않는 빛을 이용해 보이지 않는 물질의 속성을 알아내는 분광기에서 스펙트럼 정보를 효율적으로 추출하는 데 활용된다. 의료 진단, 식품 품질 검사, 환경 오염 감시를 비롯해 예술품 감별 분야에서도 사용된다. </p>
          <p contents-hash="d079bda3c8919d4bd6e9bdd281d877f13388b3475c164d6855cc24079ddea2ee" dmcf-pid="ZFDmBTqyMR" dmcf-ptype="general">기존의 고해상도 분광기는 정밀하게 파장을 분석하려면 크고 무거운 기계장치가 필요했다. 또 복잡한 구조와 긴 측정 시간 때문에 실시간 현장 적용에도 제약이 많았다. 실시간 분석이 가능하고 소형화된 기존 분광기는 복원 정확도나 해상도의 한계 때문에 상용화에 어려움을 겪어왔다.</p>
          <p contents-hash="9d72d6d966ef08b7a2511de0bc74e812b7d82377fb56dc2a6837f27c97c9f44e" dmcf-pid="53wsbyBWeM" dmcf-ptype="general">새로 개발된 분광기는 기계를 사용해서 스캔하지 않고도 고정밀 파장 분석이 가능한 초분광 융합 기술이 완성됐다는 평가다. 초분광 기술은 일반 분광 기술보다 빛을 더 세밀하게 쪼개 더 많은 정보를 기록하고 분석하는 기술이다. </p>
          <p contents-hash="6cbd559bffcf4ca9a7c6549f768195ee15d4643ce43f6333245f8e6afe8a4d5a" dmcf-pid="10rOKWbYLx" dmcf-ptype="general">신개념 계산 분광기는 센서가 포착한 데이터를 전체 스펙트럼으로 성공적으로 복원해내는 방식으로, 한 번에 모든 스펙트럼 정보를 파악하도록 설계했다. 굴절률이 다른 이산화타이타늄(TiO₂)과 이산화규소(SiO₂) 박막을 조합해 36개의 서로 다른 필터를 설계하고, 이를 6*6 배열로 구성해 상용 CMOS 이미지 센서 위에 장착했다.</p>
          <p contents-hash="13cd40c6661016d172759e63b92f7332db3d1fee46bb5dc931bc6a6ae5451be3" dmcf-pid="tvio5DZwMQ" dmcf-ptype="general">CMOS 센서는 빛을 전기 신호로 변환하는 반도체 기반 센서다. 이렇게 제작된 센서는 단일 이미지 촬영만으로 500~850nm 범위의 파장 정보를 필터 단위로 측정할 수 있다. 이는 가시광선과 인간이 감지하기 어려운 근적외선 일부까지 동시에 상세히 분석할 수 있다는 의미다. </p>
          <p contents-hash="d95d6ab8d37a22290def6c1e4041626017899f87a655185175136bed4b888b76" dmcf-pid="FTng1w5reP" dmcf-ptype="general">정밀도도 매우 높았다. 파장 범위(500~850nm) 전체를 분석한 결과 AI가 복원한 스펙트럼 데이터와 실제 측정된 데이터 사이의 평균 오차가 0.0288에 불과했다. 0에 가까울수록 오차가 적다는 의미인데, 이 수치는 실제 값과 거의 비슷한 정도로 매우 정밀하다는 의미다. 다층 박막 필터의 구조적 균열성과 높은 제조 수율도 강조했다.</p>
          <p contents-hash="d6e91c286cc81cc397b8862761d162b1846ef1801652d5e6a7479ead90651ed4" dmcf-pid="3yLatr1mn6" dmcf-ptype="general">연구팀은 "센서의 전체 크기를 기존보다 대폭 줄여 모바일 기기, 웨어러블 기기, 현장 진단 플랫폼 등 다양한 응용 환경에 직접 탑재할 수 있는 수준의 초소형화를 실현했다"고 말했다. 거대언어모델(LLM)과 결합하면 스마트폰 내부에 장착된 초분광 카메라로 건강 상태나 식품 품질을 스캔하고, 그 결과를 실시간 안내받는 사용자 경험도 가능해질 것이라고 연구팀은 설명했다. </p>
          <p contents-hash="c61d56189b43637365d9771949e23fb63a9150c5291a18fa5a098bfa13242e96" dmcf-pid="0WoNFmtsi8" dmcf-ptype="general">이 교수는 "초소형 하드웨어와 AI 알고리즘을 통합해 계산 분광기의 정밀도와 효율성을 동시에 끌어올린 사례"라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'에 1일 온라인으로 게재됐다. <br>  </p>
          <p contents-hash="0458bb0893726e9970b1a515b50105c94a1dbd0576cdae7afd1ac2a914213f3c" dmcf-pid="pYgj3sFOL4" dmcf-ptype="general">[정지영 기자 jjy2011@donga.com]</p>
         </section> 
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