KIST, 초저잡음 고감도 광검출기 개발...짙은 안개 속에서도 또렷한 시야 확보
산란광 환경에서도 초저잡음으로 작동하는 고감도 유기 광검출기 개발
차량 외부뿐 아니라 도로 인프라, 스마트 교통 시스템 전반에 적용 가능
자율주행, 항공, 스마트 교통 인프라 등 가시 거리가 제한되는 환경에서 안전한 시각 인식을 위한 기술이 요구되고 있다. 특히 산악도로, 공항 활주로 등에서는 짙은 안개로 인해 영상 기반 인식 시스템이 제대로 작동하지 못하는 경우가 빈번하다. 기존의 가시광 카메라, 라이다(LiDAR), 열화상 기반 적외선(Infrared Ray, IR) 센서는 산란광 환경에서 장애물이나 사람 인식에 어려움을 겪고 있다. 이러한 한계를 극복하고자 실제 환경에서 시각적 잡음이 적고, 안정적으로 작동하는 근적외선(NIR) 광센서 기술의 필요성이 커지고 있다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 양자기술연구단 박민철 박사 연구팀은 고려대학교 심재원 교수팀, 동국대학교 조제웅·이세연 교수팀과의 공동연구를 통해, 산란광 환경에서도 초저잡음으로 작동하는 고감도 유기 광검출기(OPD, Organic Photodetector)를 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 이를 통해 실제 안개 및 연기 환경에서 투과 영상을 복원하고, 그 성능을 정량적으로 평가하는 데 성공했다.
이번 연구는 지난 1월 CES 2025에서 AI 기반 소프트웨어로 안개를 제거해 혁신상을 수상한 기술에 이어, 하드웨어 기반 시정 개선 기술을 세계 최초로 실험적으로 검증한 사례라는 점에서 큰 의의가 있다. 연구팀은 이러한 성과를 바탕으로 소프트웨어-하드웨어 통합 기반 시정 개선 기술을 더욱 고도화해, 자율주행, 스마트 교통 인프라, 드론 감시 시스템 등 다양한 분야로의 확장을 추진하고 있다.
이번에 개발된 고감도 유기 광검출기(OPD)는 연구팀이 개발한 신소재를 매우 얇은 단분자층 형태로 쌓아 전기를 불필요하게 흐르는 것을 방지해 외부 빛에만 반응하도록 했다. 이를 통해 소자의 안정성과 반응속도를 향상시켰으며, 매우 작은 잡음 전류와 근적외선 영역에서 세계 최고 수준의 민감도를 갖춘 광검출기를 구현했다. 이는 기존 실리콘 센서보다 우수한 수준으로 상용화 가능성 역시 매우 높다.
특히 연구팀은 실제 안개 상황을 실험실에서 재현한 환경에서 단일 픽셀 방식으로 이미지를 얻는 실험을 성공적으로 수행했다. 이는 기존 가시광 센서가 물체를 인식하지 못하는 어두운 상황에서도 광신호를 안정적으로 감지해 대상의 형태를 또렷하게 복원할 수 있음을 보인다.
KIST 박민철 박사는 “이번에 개발된 초저잡음 유기 광센서 기술은 안개 등 저시정 환경에서도 장애물을 정밀하게 감지할 수 있어, 자율주행·의료영상·안전 감시 등에 시정 보조 시스템 핵심 센서로 활용될 수 있다”며, “유연 기판에 구현 가능하고 저전력으로 작동하는 특성을 바탕으로 차량 외부뿐 아니라 도로 인프라, 드론, 스마트 교통 시스템 전반에 적용되어 기존 센서의 한계를 극복할 수 있을 것”이라고 전망했다.
본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)와 산업통상자원부(장관 안덕근)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 중견연구사업(2022R1C1C1004448), 한국콘텐츠진흥원 콘텐츠원천기술개발사업(R2020040080), 정보통신기획평가원 정보통신기술 연구개발사업(RS-2024-0033718) 및 산업기술혁신사업(RS-2024-00404389)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지인 「Advanced Materials」 (IF 27.4 JCR 분야 2.164%) 최신호에 게재됐다.
* (논문명) Robust Imaging Through Light-Scattering Barriers via Energetically Modulated Multispectral Organic Photodetectors
kist 양자기술연구단
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