삼성 지원 연구팀, 세계 최초 DNA 컴퓨팅 인공신경망 구현

서울대 남좌민 교수팀 연구 ‘사이언스 어드밴시스’ 공개

서울대 화학부 김선기(왼쪽부터) 박사(1저자), 남좌민 교수(교신저자), 서진영 학생(공동저자). /사진제공=삼성전자

삼성이 지원한 서울대 화학부 남좌민 교수 연구팀이 DNA 컴퓨팅 아키텍처를 이용한 나노입자 인공신경망을 세계 최초로 구현했다.

이 연구 결과는 26일(미국 현지시간) 세계적 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 온라인에 공개됐다. 사이언스 어드밴시스는 이번 연구를 홈페이지 표지 이미지 중 하나로 선정해 비중 있게 다뤘다.

지난 2015년 12월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 지원받은 이번 연구는 NT(나노기술)·BT(바이오기술)·IT(정보통신기술)를 융합한 사례다.

DNA 컴퓨팅은 빠른 속도와 작은 크기, 사람의 몸속에서도 작동할 수 있다는 점 등에서 기대를 모으고 있다. 하지만 일반적인 컴퓨터처럼 구성 요소가 모듈화돼 있지 않고 안정적인 아키텍처를 구성하기 어려워 응용이 더딘 상황이다.

남 교수 연구팀은 나노입자 기반의 인공세포막 플랫폼을 활용해 이 문제에 대한 솔루션을 제시했다.



인공세포막 칩 위에 배열된 DNA입자·나노입자·DNA분자가 포함된 용액을 통해 연산을 수행하는데 용액 속 DNA를 조절해 원하는 결과를 안정적으로 얻을 수 있다. DNA입자와 나노입자가 하드웨어의 역할을, 용액 속 DNA가 소프트웨어의 역할을 수행하도록 구성을 분리해 일반적인 컴퓨터 구조를 구현한 것이다. 이를 활용하면 DNA 컴퓨팅을 다양한 IT 기술에 안정적으로 접목할 수 있다.

이번 연구는 인공지능의 핵심 기술 중 하나인 인공신경망을 나노입자 기술을 통해 최초로 구현했다는 점에서도 의미가 있다. 현재 남 교수 연구팀은 인공지능을 가진 질병 진단용 바이오센서, 신약 스크리닝 칩, DNA 나노로봇 등 응용기술을 개발하고 있다.

남 교수는 “이번 연구를 통해 DNA 컴퓨팅 아키텍처에 기반한 나노입자를 본격적으로 활용할 수 있고 나노입자의 다양한 기능을 딥러닝 등에 녹여내 바이오센서나 인공지능을 가진 분자·나노로봇에 응용할 수 있는 길이 열렸다”고 말했다.

삼성미래기술육성사업은 2013년부터 1조5,000억원을 출연해 연구 지원 사업을 진행하고 있다. 지금까지 603개 과제에 7,729억원을 집행했으며 국제학술지에 총 1,246건의 논문이 게재되는 성과를 거뒀다.
/이재용기자 [e-mail]