귀 모사한 음성 센서 상용화 성공
귀 모사한 음성 센서 상용화 성공
  • 함예솔
  • 승인 2021.02.21 23:55
  • 조회수 381
  • 댓글 0
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귀가 자라난다고? 출처:fotolia
귀 모사한 음성센서!  출처:fotolia

KAIST 신소재공학과 이건재 교수와 왕희승 박사팀이 공진형 유연 압전 음성 센서를 개발했습니다. 이를 이용해 정확도가 높은 초고감도의 인공지능 기반 화자(話者) 식별 및 음성 보안기술을 구현했는데요. 개발된 센서를 스마트폰과 인공지능 스피커에 탑재해 제품화하는 데도 성공했습니다. 이번 연구는 'Science Advances'에 게재됐습니다.

  • 공진형 압전 음성 센서

공진이란 특정 주파수 영역에서 센서가 큰 진폭으로 진동하는 현상을 말하며, 압전이란 압력을 가했을 때, 전기적인 신호가 자발적으로 생성되는 현상을 말합니다. 음성에 의해 센서의 막이 진동하게 될 때, 공진 현상이 일어나 민감도 높은 전압 신호를 얻을 수 있습니다.

인간 귀 모사했다 

 

인간이 먼 거리의 소리를 인식하는 방법은 달팽이관에 있는 사다리꼴 막이 가청주파수 대역에서 수많은 공진 현상을 발생시키며 소리를 증폭하는 원리에 있습니다. 연구진은 이러한 원리의 효과를 극대화하기 위해 매우 얇은 유연 압전 막을 사용해 인간의 귀를 모사했고, 여러 공진 채널을 구현해 소리를 초고감도로 식별할 수 있는 공진형 음성 센서를 제작했습니다.

 

이건재 교수팀은 2018년도에 세계 최초로 공진형 유연 압전 음성 센서 개념을 제시한 데 이어, 이번 연구에서는 센서 구조에 따른 공진, 주파수, 압전 막의 역할 등을 이론적으로 밝히고 크기를 매우 소형화함과 동시에 성능이 향상된 음성 센서를 개발했습니다.

달팽이관 내 기저막을 모사한 모바일 압전 음성 센서의 원리. 출처: KAIST
달팽이관 내 기저막을 모사한 모바일 압전 음성 센서의 원리. 출처: KAIST

유연 압전 음성 센서는 원거리에서 스마트 기기들을 정확하게 제어하는 미래 사물인터넷 기술과 음성을 암호화하는 보안기술을 연결함으로써 소비자 맞춤형 서비스 제공에 크게 이바지할 것으로 전망됩니다. 

인공지능을 통한 화자 식별 개략도. 출처: KAIST
인공지능을 통한 화자 식별 개략도. 출처: KAIST

생체 모사된 공진형 음성 센서는 신호 대 잡음비(Signal to noise ratio, SNR)가 우수해 음성인식 기능이 뛰어나고 다수 채널을 보유하기 때문에, 인공지능 음성 서비스에 적은 데이터양으로도 화자 식별 정확도를 높이는 강점이 있습니다

스마트폰 및 인공지능 스피커에 탑재된 유연 압전 음성 센서. 출처: KAIST
스마트폰 및 인공지능 스피커에 탑재된 유연 압전 음성 센서. 출처: KAIST

연구팀의 음성 센서는 같은 조건에서 정전용량형 상용 마이크로폰과 성능 비교를 진행한 결과, 음성 분석 및 화자 식별에 있어 인식률을 크게 높였고 조건에 따라 오류율을 60%에서 95%까지 줄일 수 있었습니다.

 

이건재 교수는 "이번에 제품화된 모바일 음성 센서는 높은 민감도를 보유하면서도 크기를 획기적으로 줄였기 때문에 미래 인공지능기술을 구동하는 핵심 센서로 적용할 수 있다"며 "현재 대량생산 상용화 공정도 완성 단계에 있어 실생활에 곧 적용될 수 있을 것"이라고 말했습니다. 


##참고자료##

 


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