이번 연구 결과는 26일(미국 현지시간) 세계적인 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 온라인에 공개됐다. 사이언스 어드밴시스는 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.

▲ 왼쪽부터 김선기 박사(1저자), 남좌민 교수(교신저자), 서진영 학생(공동저자)

□ 나노입자 기반 플랫폼으로 확장성이 큰 DNA 컴퓨팅 아키텍처 구현

DNA 컴퓨팅^[1]은 빠른 속도와 작은 크기, 사람의 몸속에서도 작동할 수 있다는 점 등에서 기대를 모으고 있다. 하지만 일반적인 컴퓨터처럼 구성 요소가 모듈화되어 있지 않고, 안정적인 아키텍처를 구성하기 어려워 응용이 더딘 상황.

남좌민 교수 연구팀은 나노입자^[2] 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 인공지능의 핵심 기술 중 하나인 인공신경망^[3]을 나노입자 기술을 통해 최초로 구현했다는 점에서도 큰 의미를 갖는다.

현재 남좌민 교수 연구팀은 인공지능을 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.

한편, 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.

[1]DNA 컴퓨팅은 자연(Natural) 컴퓨팅의 한 가지로, DNA를 구성하는 4가지 염기(아데닌, 구아닌, 티민, 시토신)를 조합해 빠른 속도로 계산이 가능하다.

[2]나노 입자(nanoparticle)는 적어도 한 차원이 100nm, 다시 말해 천만 분의 1미터 이하인 입자를 말한다.

[3]인간이나 동물 두뇌의 신경망에 착안하여 동일한 방식으로 문제를 해결하게끔 구현된 컴퓨팅 시스템

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