세계에서 가장 정교한 인공 혀 World’s most accurate artificial tongue mimics human taste using graphene and AI

그래핀과 AI를 활용해 인간의 맛을 모방하는

세계에서 가장 정교한 인공 혀

감지 기능과 컴퓨팅 기능을 단일 나노유체 장치에 통합함으로써 인공 미각 시스템이 현실 세계에 한 걸음 더 가까워졌습니다

과학자들은 거의 인간 수준의 정확도로 맛을 느낄 수 있는 그래핀 기반 장치를 개발했는데, 이는 인공 감지 능력을 인간 능력에 한 걸음 더 가까이 끌어올리는 획기적인 발전입니다.

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World’s most accurate artificial tongue mimics human taste using graphene and AI
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이 시스템은 기계 학습을 사용하여 화학 신호를 해석하고 이전에 본 적이 없는 맛까지 분류합니다.
이 발명품의 특징은 습한 환경에서도 작동할 수 있다는 점인데, 이는 인공 미각 시스템에 있어서는 처음 있는 일입니다.

이 기능을 사용하면 실제 미뢰가 사람의 입 안에서 어떻게 기능하는지 더 잘 시뮬레이션할 수 있습니다.

실시간으로 맛을 감지
이 장치는 나노유체 구조 내에 층층이 쌓인 그래핀 산화물로 제작되었습니다. 이전 시도와는 달리, 감지와 컴퓨팅을 단일 플랫폼으로 통합하여 기존의 인공 혀보다 더욱 통합된 시스템을 구축했습니다.

그래핀 산화물은 순수 그래핀과 마찬가지로 다양한 화학물질에 노출되면 전기적으로 반응합니다.
연구팀은 일반적인 풍미 프로필과 관련된 160가지 화학 물질의 신호를 사용하여 센서를 훈련시켰습니다.

이러한 신호는 기계 학습 알고리즘에 입력되어 각 맛이 재료의 전도도를 어떻게 변화시키는지에 대한 메모리를 구축했습니다.

학습 방식은 우리 뇌가 미뢰에서 신호를 처리하는 방식과 매우 유사합니다. 인간은 오랫동안 단맛, 짠맛, 쓴맛, 신맛, 감칠맛 등 다섯 가지 맛을 인식한다고 믿어 왔습니다. 2023년, 과학자들은 여섯 번째 맛인 염화암모늄을 추가했습니다.

인공 혀는 처음 네 가지 맛에 집중했습니다. 이전에 학습된 맛을 약 98.5%의 정확도로 식별했습니다. 40가지 새로운 맛을 접했을 때의 정확도는 75%에서 90% 사이였습니다.

연구자들은 또한 커피 와 콜라 에서 발견되는 것과 같은 더 복잡한 조합을 인식하도록 가르쳤습니다 .

그래핀 기반 인공 혀가 인간의 미각을 모방하여 화학 신호를 감지하고 머신러닝 시스템을 통해 처리하여 단맛, 짠맛, 신맛, 쓴맛을 식별하는 방식을 보여주는 개념도. 출처 : 미국 국립과학원 회보.

그래핀의 전기적 한계
순수 그래핀은 2004년 안드레 가임과 코스타 노보슬로프에 의해 처음 분리되었으며, 이 업적으로 2010년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 그래핀의 독특한 단일층 탄소 원자 격자 구조는 뛰어난 전기적, 기계적, 화학적 특성을 제공합니다.

새로운 센서는 산화 그래핀의 화학적 변화에 대한 민감성을 활용합니다. 향미 화합물에 노출되었을 때 미세한 전도도 변화도 감지하여 머신러닝과 결합하면 패턴 인식에 매우 효과적입니다.

저자들은 "이 시스템은 언젠가 미각을 잃은 사람들에게 미각을 회복시켜 줄 잠재력을 가지고 있습니다."라고 언급했습니다. 미각 상실은 뇌졸중 , 바이러스 감염 또는 퇴행성 질환으로 인해 발생할 수 있다고 덧붙였습니다.

실제 세계 적용을 향해
이 혁신은 기존 인공 미각 시스템의 주요 한계인 감지와 처리의 분리 문제를 해결합니다. 현재 모델의 통합된 구조는 미각 데이터를 더 빠르고 효율적으로 해석할 수 있도록 합니다

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