국내 연구진이 인간의 귀를 모사한 음향센서를 개발하고 세계 최초 상용화 길을 열었다. 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 이건재 교수와 왕희승 박사팀이 정확도가 높은 초고감도의 인공지능 기반 화자(話者) 식별 및 음성 보안기술을 구현, 이를 스마트폰과 인공지능 스피커에 탑재해 제품화하는 데도 성공했다고 15일 밝혔다.

인간이 먼 거리의 소리를 인식하는 방법은 달팽이관에 있는 사다리꼴 막이 가청주파수 대역에서 수많은 공진 현상을 발생시키며 소리를 증폭하는 원리에 있다. 연구진은 이러한 원리의 효과를 극대화하기 위해 매우 얇은 유연 압전 막을 사용해 인간의 귀를 모사했고, 여러 공진 채널을 구현해 소리를 초고감도로 식별할 수 있는 공진형 음성 센서를 제작했다.

연구팀은 2018년 세계 최초로 공진형 유연 압전 음성 센서 개념을 제시한 데 이어, 이번 연구에서는 센서 구조에 따른 공진, 주파수, 압전 막의 역할 등을 이론적으로 밝히고 크기를 매우 소형화함과 동시에 성능이 향상된 음성 센서를 개발했다.

유연 압전 음성 센서는 원거리에서 스마트 기기들을 정확하게 제어하는 미래 사물인터넷 기술과 음성을 암호화하는 보안기술을 연결함으로써 소비자 맞춤형 서비스 제공에 크게 이바지할 것으로 전망된다.

생체 모사된 공진형 음성 센서는 신호 대 잡음비가 우수해 음성인식 기능이 뛰어나고 다수 채널을 보유하기 때문에 인공지능 음성 서비스에 적은 데이터양으로도 화자 식별 정확도를 높이는 강점이 있다.

이 음성 센서는 같은 조건에서 정전용량형 상용 마이크로폰과 성능 비교를 진행한 결과, 음성 분석 및 화자 식별에 있어 인식률을 크게 높였고 조건에 따라 오류율을 60%에서 95%까지 줄일 수 있었다.

연구팀이 개발한 시제품은 이 교수가 교원 창업한 기업 프로닉스 통해 2020년 세계 가전박람회(CES)에서 공개된 바 있다. 현재 완성도 높은 인공지능 음성 기술을 시연하며 프로닉스 미국 지사를 통해 실리콘밸리의 유수 IT 기업들과 협업도 추진하고 있다.

이건재 교수는 “이번에 제품화된 모바일 음성 센서는 높은 민감도를 보유하면서도 크기를 획기적으로 줄였기 때문에 미래 인공지능기술을 구동하는 핵심 센서로 적용할 수 있다”며 “현재 대량생산 상용화 공정도 완성 단계에 있어 실생활에 곧 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.

한국연구재단 지원을 받아 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 2월 12일자에 게재됐다.