ARM, 새로운 ‘E-Nose’ 기술, 음식물 쓰레기 감소 가능 (그리고 샤워할 시간 알려주기)

ARM, '플라스틱 칩' 기반 AI '전자 코' 개발…식품 안전부터 헬스케어까지 혁신 예고

영국 반도체 설계 기업 ARM이 플라스틱 기반의 초소형 인공지능(AI) 센서 기술을 개발하며 식품 안전, 개인 위생 관리, 나아가 헬스케어 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 'PlasticArmPit' 프로젝트로 명명된 이 기술은 냄새를 감지하는 '전자 코' 형태로, 다양한 사물에 내장되어 지능적인 기능을 수행할 수 있다.

하버드 로스쿨의 2018년 보고서에 따르면, 미국인의 80% 이상이 음식이 상할까 봐 유통기한이 지나지 않았더라도 버리는 것으로 나타났다. 이는 선진국 전반에서 나타나는 현상으로, 매년 생산되는 식품의 3분의 1이 낭비되는 주요 원인 중 하나로 지목된다. 단순히 냄새로 판단하는 '후각 테스트' 역시 식중독균이 존재할 수 있어 신뢰도가 낮다.

ARM 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 기술 기반의 식품 안전 솔루션 개발에 나섰다. 'PlasticArmPit' 프로젝트는 플라스틱 칩에 초소형 냄새 센서를 집적하는 것을 목표로 한다. 이 센서는 식품 포장재부터 의류까지 어디든 삽입될 수 있으며, 냄새를 통해 잠재적인 문제를 감지하고 신호를 보낼 수 있을 만큼 민감하고 정확하게 설계될 예정이다.

이 프로젝트는 유니레버(Unilever)의 소비자 애플리케이션 개발 지원, 초저가 유연 전자소자 분야의 선두 주자인 PragmatIC, 인쇄형 유기 박막 트랜지스터(OFET) 전문가인 맨체스터 대학교(University of Manchester), 그리고 영국 정부 지원 기관인 이노베이트 UK(Innovate UK)의 협력을 받고 있다.

최근 팀은 유연 의류 삽입형 시스템온칩(SoC) 형태의 'PlasticArmpit' 프로토타입을 선보였다. 이 프로토타입은 착용자의 체취 수준을 모니터링할 수 있으며, 머신러닝(ML) 기술을 활용해 과도한 체취가 감지될 경우 샤워를 권유하거나 데오도란트 사용을 제안하는 등의 기능을 수행할 수 있다. 이는 첫 번째 단계이며, 기술이 검증되면 식품 포장재 등 다양한 분야로 확장될 수 있다.

이러한 기술 구현을 위해 ARM은 수십억 개의 저가 제품에 내장될 수 있을 만큼 저렴하고, 의류나 포장재에 삽입될 수 있을 만큼 작으며, 세탁과 같은 환경적 어려움에도 견딜 수 있는 초저가 마이크로컨트롤러 설계에 집중했다. 이를 위해 기존의 고가 실리콘 칩 대신 플라스틱 칩과 특수 유연 전자소자 제작 공정을 실험했다.

플라스틱 칩은 유연성이라는 장점을 가지지만, 실리콘 칩에 비해 집적할 수 있는 트랜지스터 수가 적다는 단점이 있다. ARM은 이러한 제약을 극복하기 위해 각 트랜지스터를 최대한 활용하는 설계를 고수하고 있으며, 현재는 각 특정 목적에 맞게 맞춤화된 비프로그래밍 가능한 칩 설계를 중심으로 연구를 진행하고 있다. 하지만 향후에는 이러한 플라스틱 칩에 신경망(NN)을 실행하여 학습할 수 있는 능력을 부여함으로써, 특정 애플리케이션에 최적화된 저가형 유연 통합 스마트 시스템 개발을 가속화할 것으로 기대하고 있다.

'PlasticArmPit' 프로젝트는 고도의 병렬 처리 능력을 통해 높은 성능을 달성하고 저전력을 소비할 수 있으며, 유연 스마트 기기에 인공지능(AI) 알고리즘을 적용하는 첫 번째 사례가 될 전망이다.

식품 낭비 감소 및 재활용 증진 측면에서도 플라스틱 칩의 활용 가능성은 크다. 예를 들어, 육류나 생선 포장재에 플라스틱 칩을 내장하면, 제품의 신선도를 넘어 유해한 수준으로 변질되었을 때 이를 감지하여 소비자에게 경고할 수 있다. 이는 '유통기한'에만 의존했을 때 버려질 수 있었던 식품을 안전하게 소비할 수 있도록 돕고, 소비자의 신뢰를 높일 수 있다. 또한, 플라스틱 칩의 광범위한 도입은 다양한 플라스틱을 자동으로 분류하고 오염을 줄이는 스마트 재활용 센터 구축에도 기여할 수 있다.

프로젝트는 아직 초기 단계이지만, 'PlasticArmPit'의 다양한 애플리케이션을 지원하는 기본적인 구성 요소는 이미 확립되었다. 초기에는 체취 감지에 집중되었던 연구가 머신러닝과 유연 통합 회로 분야의 융합을 통해 빠르게 확장되고 있다. 식품 낭비 감소가 최우선 과제이지만, 헬스케어 분야에서도 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 예를 들어, 플라스틱 칩을 탑재한 스마트 밴드는 감염의 조기 징후를 제공하여, 부상이나 경미한 감염 후 패혈증으로 사망하는 연간 46,000명의 환자들에게 희망을 줄 수 있다. ARM은 모든 기술 개발과 마찬가지로, 이 기술이 모든 사람에게 접근 가능하고 사용 가능하도록 설계 흐름을 구축하고 있다.

참고로 'PlasticArmPit' 프로젝트는 2017년 10월에 시작되었으며, 영국 정부 지원 펀드인 이노베이트 UK의 부분적인 자금 지원을 받고 있다. 이 프로젝트의 플라스틱 관련 요소는 실리콘으로는 달성할 수 없는 것을 유연한 플라스틱 칩에 집적 회로를 인쇄하여 무엇을 달성할 수 있는지 탐구했던 'PlasticArm' 프로젝트에서 파생되었다.