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▲  DGIST 로봇및기계전자공학과 장경인 교수 연구팀과 KAIST 항공우주공학과 최지환 교수 연구팀이 개발한 '전자혀'는 쉽게 휘거나 구부러질 수 있다.
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인간의 미각인 짠맛·신맛·떫은맛·단맛을 동시에 느낄 수 있는 인공 '전자혀' 시스템이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 맛을 정량적으로 평가할 수 있는 이른바 '절대 미각'의 전자혀는 딥러닝 기술로 맛을 구분하며, 이 시스템은 식료 산업뿐 아니라 화장품, 의약 산업 등 다양한 분야에서 활용될 전망이다.

DGIST(대구경북과학기술원, 총장 이건우)는 7일 "로봇및기계전자공학과 장경인 교수 연구팀과 KAIST(총장 이광형) 항공우주공학과 최지환 교수 연구팀이 인간 미각을 모방한 인공 전자혀 시스템을 개발했다"면서 이같이 밝혔다. 

이어 DGIST는 "이 시스템은 센서와 딥러닝 기술을 효과적으로 통합해 실시간으로 짠맛·신맛·떫은맛·단맛을 동시에 정밀하게 측정할 수 있다"면서 "식품·주류·화장품 및 의약품 등 다양한 분양에서 활용될 것"이라고 기대했다.

인공 미각 센서인 '전자혀'는 인간의 미각을 모방해 다양한 맛을 구분하고 세부적인 특징을 정량적으로 평가할 수 있다. 무엇보다 객관적이고 일관된 맛의 평가를 가능하게 해 신제품 개발 및 품질 관리 시 중요한 도구로 활용될 수 있다. 
 

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▲  센서-딥러닝 기술 결합 기반 인간 미각 모방 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.
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DGIST는 "전자혀는 맛물질과 맛세포에 포함된 맛수용체의 화학 반응 결과가 전기적 신호로 변환되어 신경망을 통해 뇌에 전달되며, 뇌는 이 신호를 해석하며 맛을 인식하는 원리로 작동한다"면서 "그러나 기존 연구에서는 전자혀의 센서 부분에 중점을 두고 개발이 이루어져 왔기 때문에 딥러닝 기술과의 통합이 부족하여 높은 정확도와 신뢰성을 유지하는 데 한계가 있었다"고 설명했다. 

이에 장경인·최지환 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하고 '센서'와 '딥러닝' 기술을 효과적으로 통합한 전자혀 시스템을 개발하는 데 성공했다. 

우선 연구팀은 각각의 맛을 감지할 수 있는 네 가지의 센서를 만들었고, 밀리미터 스케일의 우물 구조(well-structure)를 센서 소자에 제작해 안정적으로 측정이 가능하게 했다. 그리고 맞춤형 딥러닝 알고리즘을 도입해 맛 해석을 효과적으로 수행할 수 있도록 했다. 
 

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▲  연구팀이 개발한 '전자혀'로 측정하기 위해 액체를 도포했다.
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이를 검증하기 위해 연구팀은 개발한 전자혀 시스템을 활용해 6종의 와인을 측정하고 맛 프로파일링 실험을 수행했다. '딥러닝' 기술을 활용했으며, 6종의 와인을 95% 이상의 확률로 구분해 냈다. 나아가 기존 와인과 유사한 와인을 제안하는 추천시스템도 구현했다. 

이로써 '전자혀' 시스템은 다양한 응용 분야에서 활용 가능함이 입증됐고, 각종 식품·주류 개발, 화장품, 의약품 등 산업분야뿐만 아니라 로보틱스(Robotics), 웨어러블(Wearable) 전자기기, 헬스케어 모니터링(Healthcare Monitoring), 센서(Sensor) 산업 등 다양한 분야로 응용 가능성을 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.
 

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▲  사진 왼쪽부터 DGIST 이현종 박사과정생, 예준우 박사과정생, 정한희 박사, 장경인 교수.
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장경인 DGIST 로봇및기계전자공학전공 교수는 "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 구분할 수 있음을 확인했다"고 말했다. 

이어 장 교수는 "앞으로 더 다양한 맛을 센서 플렛폼에 적용시고, 딥러닝 기법을 개발해 다양한 음식과 맛에 대한 표준화를 하는데 일조할 수 있는 인간 미각 모방 전자혀 시스템 개발 연구를 수행할 것"이라며 "추후 연구 내용을 더 발전시켜 식료 산업뿐만 아니라 화장품 또는 의약 산업 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 기술로 발전시키겠다"고 포부를 전했다. 

한편, 이번 연구 결과는 국제학술지인 < ACS Applied Materials & Interfaces > 9월자 온라인 판에 게재됐다.