中베이징대, 인간 시각 모사한 ‘생체모방형’ 라이다 개발

▲생체 모방형 라이다의 동작 원리 및 적용

중국 베이징대 연구팀이 사람 눈의 ‘중심와(fovea, 눈의 망막 중앙에 있는 작은 오목한 부분)’ 를 모방한 칩 크기 라이다 시스템을 개발했다. 이 시스템은 ‘관심 영역(regions of interest·ROIs)’에 고해상도 감지를 집중하면서도 전체 시야를 유지하는 적응형 초점 기술을 구현했다.

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베이징대 연구팀은 최근 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 발표된 연구 논문(제목:Integrated bionic LiDAR for adaptive 4D machine vision)에서 인간 망막의 시각 처리 방식인 ‘중심와(Fovea) 주시’ 메커니즘을 적용한 칩 스케일(Chip-scale) 라이다 시스템을 개발했다고 밝혔다.

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연구팀에 따르면, 사람의 시각은 중심와에 해상도가 집중되고, 주변부는 낮은 해상도를 갖는다. 이때문에 사람의 눈은 자신이 관심있는 부분을 보는데 매우 효율적이다. 이에 반해 기존 라이다는 모든 곳에 동일한 해상도를 갖고 있기때문에 비효율적이며 가격도 비싸다. 이번에 개발한 라이다는 단순히 전방을 스캔하는 수준을 넘어, 인간의 눈처럼 중요한 대상을 ‘응시’하며 정밀하게 파악하는 이른바 ‘생체 모방형 라이다’라는 설명이다.

▲기존 라이다와 생체모방 라이다의 비교

이번 연구의 핵심은 모든 영역을 동일한 해상도로 스캔하는 기존 방식에서 벗어나, 관심 영역(ROI, Region of Interest)에 해상도를 집중시키는 ‘동적 주시(Dynamic Gazing)’ 기술이다. 이 라이다는 관심 영역에서 0.012°의 각해상도(angular resolution, 두 개의 가까운 물체를 구분할 수 있는 최소 각도)를 구현했는데, 이는 인간의 눈이 사물을 구별하는 데 필요한 해상도(약 0.017°)를 뛰어넘는 수치다. 기존 3D 라이다 센서와 비교하면 약 15배 이상 정밀한 수준이다.

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이 라이다는 박막 리튬 니오베이트(Thin-Film Lithium Niobate, TFLN) 기반의 칩 스케일 플랫폼을 활용했다. 이를 통해 복잡한 광학 장비 없이도 초소형 칩 안에서 빛을 정밀하게 제어할 수 있다. 이 방식은 하드웨어 자원을 효율적으로 분배하기 때문에, 해상도를 높이면서도 전력 소모와 데이터 처리 부하를 획기적으로 줄일 수 있다. 특히 배터리 효율이 중요한 드론이나 복잡한 환경에서 기동해야 하는 휴머노이드 로봇에 최적화된 솔루션이 될 것으로 보인다.

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전문가들은 이 기술이 ‘피지컬 AI(Physical AI)’ 분야에서 영향력을 가질 것으로 보고 있다. 단순히 데이터를 수집하는 것을 넘어, 로봇이 스스로 주변 환경에서 무엇이 중요한지 판단하고 그 부분에 감각 역량을 집중하는 ‘지능형 시각’의 시초가 되기 때문이다.

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연구팀은 “이 라이다 시스템은 자율 주행 시스템뿐만 아니라, 인간과 상호작용하는 서비스 로봇의 인지 능력을 한 단계 끌어올릴 것”이라며, 향후 거미의 겹눈처럼 여러 개의 적응형 라이다를 결합한 시스템으로 발전시킬 계획이라고 밝혔다.

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백승일 기자 robot3@irobotnews.com

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