과학자들은 실제 뉴런처럼 작동하는 인공 뉴런을 개발했습니다.

매사추세츠 대학교(UMass) 엔지니어들은 차세대 뇌와 유사하고 에너지 효율적인 기술을 개발할 수 있는, 생명체에서 영감을 받은 박테리아 기반 뉴런을 개발했습니다. 출처: Shutterstock

매사추세츠 대학교 애머스트 캠퍼스의 엔지니어들은 자연 뇌세포의 전기적 활동과 매우 유사한 전기적 활동을 가진 인공 뉴런을 개발했습니다. 이 혁신은 전기를 생성하는 박테리아로 만든 단백질 나노와이어를 이용한 연구팀의 기존 연구를 기반으로 합니다. 이 새로운 접근법은 생명체의 효율로 작동하고 심지어 생물학적 조직과 직접 연결될 수도 있는 컴퓨터의 길을 열어줄 수 있습니다.

"우리의 뇌는 엄청난 양의 데이터를 처리합니다."라고 매사추세츠 애머스트 대학교 전기컴퓨터공학과 대학원생이자 Nature Communications 에 게재된 이 연구의 주저자인 슈아이 푸는 말합니다 . "하지만 뇌의 전력 소비량은 매우 낮은데, 특히 ChatGPT와 같은 대규모 언어 모델을 실행하는 데 필요한 전력량에 비하면 더욱 그렇습니다."

인체는 일반적인 컴퓨터 회로보다 100배 이상 뛰어난 전기 효율로 작동합니다. 뇌에만 수십억 개의 뉴런이 있는데, 이 뉴런은 몸 전체로 전기 신호를 주고받는 특수 세포입니다. 이야기를 쓰는 것과 같은 작업을 수행하는 데는 인간의 뇌에서 약 20와트의 전력만 소모하는 반면, 대규모 언어 모델은 같은 작업을 수행하는 데 1메가와트 이상의 전력이 필요할 수 있습니다.

엔지니어들은 오랫동안 에너지 효율적인 컴퓨팅을 위한 인공 뉴런을 설계해 왔지만, 생물학적 수준에 맞춰 전압을 낮추는 것이 큰 장애물이었습니다. 매사추세츠 애머스트 대학교 전기컴퓨터공학과 부교수이자 본 논문의 수석 저자인 준 야오(Jun Yao)는 "이전 버전의 인공 뉴런은 우리가 만든 것보다 10배 더 많은 전압과 100배 더 많은 전력을 사용했습니다."라고 말합니다. 이 때문에 초기 설계는 효율성이 훨씬 낮았고, 더 강한 전기 신호에 민감한 살아있는 뉴런과 직접 연결할 수 없었습니다.

야오는 "우리의 뇌는 0.1볼트만 감지하는데, 이는 우리 몸의 신경 세포와 거의 같은 수준입니다."라고 말했습니다.

푸와 야오의 새로운 뉴런은 생물학적으로 영감을 받아 훨씬 더 효율적인 원리를 이용해 컴퓨터를 재설계하는 것부터 우리 몸과 직접 대화할 수 있는 전자 장치에 이르기까지 광범위한 용도로 활용될 수 있습니다.

"현재 우리는 온갖 종류의 웨어러블 전자 감지 시스템을 갖추고 있습니다."라고 야오는 말합니다. "하지만 이러한 시스템은 비교적 투박하고 비효율적입니다. 우리 몸에서 신호를 감지할 때마다 컴퓨터가 분석할 수 있도록 전기적으로 증폭해야 합니다. 이러한 증폭 과정은 전력 소비와 회로의 복잡성을 증가시키지만, 저전압 뉴런을 사용하여 만든 센서는 증폭 과정 없이도 작동할 수 있습니다."

이 팀의 새로운 저전력 뉴런의 비밀 재료는 놀라운 박테리아인 지오박터 설퍼리듀 센스(Geobacter sulfurreducens) 에서 합성된 단백질 나노와이어인데 , 이 나노와이어는 전기를 생산하는 초능력도 가지고 있습니다. 야오 교수는 여러 동료들과 함께 이 박테리아의 단백질 나노와이어를 이용하여 엄청나게 효율적인 장치들을 다양하게 설계했습니다. 땀으로 구동되는 바이오필름은 개인용 전자기기에 전원을 공급할 수 있고, 질병을 감지할 수 있는 "전자 코"는 물론, 거의 모든 재료로 제작될 수 있으며 희박한 공기 자체에서 전기를 얻을 수 있는 장치도 있습니다.

이 연구는 육군연구소, 미국 국립과학재단, 국립보건원, 알프레드 P. 슬론 재단의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251013040335.htm