삼성미래기술육성사업 지원받은 연구팀, 세계 최초 DNA 컴퓨팅 인공신경망 구현

서울대학교 화학부 남좌민 교수 연구팀이 DNA 컴퓨팅 아키텍처를 이용한 나노입자 인공신경망을 세계 최초로 구현했다.

이번 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 온라인에 8월 26일(미국 현지시간 기준) 공개됐다. '사이언스 어드밴시스'는 이번 연구를 홈페이지 표지 이미지 중 하나로 선정하며 비중 있게 다뤘다.

2015년 12월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 지원받은 이번 연구는 NT(나노기술)-BT(바이오기술)-IT(정보통신기술) 융합의 훌륭한 사례다.

삼성미래기술육성사업은 이번 남좌민 교수 연구를 비롯, 우리나라의 미래를 책임지는 과학 기술 육성을 목표로 2013년부터 1조 5천억 원을 출연해 연구 지원 사업을 진행하고 있다. 지금까지 603개 과제에 7,729억 원을 집행했으며, 국제학술지에 총 1,246건의 논문이 게재되는 등 활발한 성과를 보이고 있다.

나노입자 기반 플랫폼으로 확장성이 큰 DNA 컴퓨팅 아키텍처 구현

DNA 컴퓨팅은 빠른 속도와 작은 크기, 사람의 몸속에서도 작동할 수 있다는 점 등에서 기대를 모으고 있다. 이것은 자연(Natural) 컴퓨팅의 한 가지로, DNA를 구성하는 4가지 염기(아데닌, 구아닌, 티민, 시토신)를 조합해 빠른 속도로 계산이 가능하다. 하지만 일반적인 컴퓨터처럼 구성 요소가 모듈화되어 있지 않고, 안정적인 아키텍처를 구성하기 어려워 응용이 더딘 상황이다.

남좌민 교수 연구팀은 나노입자(Nanoparticle) 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 분리함으로써 일반적인 컴퓨터 구조를 구현한 것이다. 이를 활용하면 DNA 컴퓨팅을 다양한 IT 기술에 안정적으로 접목할 수 있는 길이 열린다.

인공신경망 구현, 스마트 바이오메디컬 응용기술 개발 박차

이번 연구는 인공지능(AI)의 핵심 기술 중 하나인 인공신경망을 나노입자 기술을 통해 최초로 구현했다는 점에서도 큰 의미를 갖는다. 인공신경망이란 인간이나 동물 두뇌의 신경망에 착안하여 동일한 방식으로 문제를 해결하게끔 구현된 컴퓨팅 시스템을 말한다.

현재 남좌민 교수 연구팀은 AI를 가진 질병 진단용 바이오센서, 신약 스크리닝 칩, DNA 나노로봇 등 응용기술 개발을 진행하고 있다.

남좌민 교수는 "이번 연구를 통해 DNA 컴퓨팅 아키텍처에 기반한 나노입자를 본격적으로 활용할 수 있고, 나노입자의 다양한 기능을 딥러닝(Deep-Learning) 등에 녹여내 바이오센서나 인공지능을 가진 분자·나노로봇에 응용할 수 있는 길이 열렸다"고 말했다.