[미리보는금요일에과학터치] 사람두뇌와 유사한 지능형 시스템

사람 얼굴의 변화를 따라 하는 아바타 로봇.

과거에는 주로 0과 1의 단순 논리연산을 기반으로 정해진 알고리즘에 의해 주어진 일만 성실히 수행하는 폰노이만 타입의 컴퓨터를 주요 정보처리기로 사용했다. 이와 같은 타입의 컴퓨터는 감독자에 의해 주어진 환경 및 임무만을 수행할 수 있어 실제 세계의 다양한 환경에서 효과적으로 사용하기에는 적합하지 않다.

이와 같은 획일화된 과거 컴퓨터 연산의 한계를 극복하기 위해 많은 연구자들은 사람의 두뇌가 가지고 있는 본연의 감각처리와 인지 기능 등을 모방, 보다 인간다운 기계와 지능형 시스템 개발을 시도 중이다. 사람은 다양한 환경 속에서 경험과 지식을 축적해 환경 변화에 효과적으로 대처하고 스스로 인지할 수 있는 능력이 있기 때문이다.

'마음을 읽는 컴퓨터'는 사람의 두뇌에서 일어나는 정보처리 메커니즘을 이해해 주변 환경을 능동적으로 인지하고 상황을 터득하며, 감성 변화를 공유하고, 스스로 적절한 행동을 수행할 수 있는 기계다. 컴퓨터를 보다 사람과 유사한 지능 시스템으로 만들고 사람과 컴퓨터(기계)가 교감하는 시스템을 개발하기 위해서는 사람 마음의 이해, 행동에 비춰진 정보의 표상, 처리 등의 사건들을 '인지(cognition)과학'과 '정보(Information)과학'의 융합 연구가 필수적이다. 이러한 융합 연구를 바탕으로 하는 '뇌 인지 공학(Brain and Cognitive Engineering)'은 감각 정보 처리, 기억과 학습, 지각적 의사결정, 사회인지 능력 등 생명체의 다양한 뇌 인지 능력들을 이해하고 구현하고자 하는 시도다.

최근 공학자들은 인문학이나 사회 과학, 의학이란 틀에서 탐구해온 이러한 토대 위에 IT와 공학적인 기술로 접근, 모방해 생명체의 전유물이었던 마음과 인지 능력을 기계와 컴퓨터에 부여하는 연구 성과를 보여주고 있다. 즉 다학제간 융합으로 기계에게 보다 인간다움을 주고 인간과 교감을 통해 다양한 서비스를 제공할 수 있도록 하는 연구가 중요한 화두로 떠오르고 있다.

이번 강연에서는 컴퓨터의 전반적인 발전 흐름과 미래, 뇌 인지과학 연구 분야에서 인간과 기계 간 상호작용을 기반으로 사용자의 마음을 읽는 컴퓨터(기계)가 갖는 기본 특성을 살펴본다. 또 효율적인 정보처리를 위해 사용되는 다중-생체신호 처리 방법, 사용자의 마음을 읽고 이해하기 위한 사용자 감성 파악 모델, 사용자 의도 판별과 분석 모델을 설명하고 이를 통한 사용자 마음을 읽는 인지향상 시스템에 대해 알아본다.

현재 과학기술은 사람 얼굴의 6가지 표정에 따른 감정 표현과 감성 공유 방법, 두뇌 활동 신호를 기반으로 뇌 활동 정보를 분석해 사용자 감정 모니터링 시스템과 감성 공유 로봇을 만들어내는 데 이르고 있다. 경북대 인공두뇌연구실 팀은 신경망, 인공지능 이론을 바탕으로 뇌 과학과 인지이론을 접목해 인간다운 인공지능을 실현하는 연구를 하고 있다. 뇌 영역에 따른 신경 심리학적 메커니즘과 안구 운동을 기반으로 사용자의 의도를 판별, 분석하는 모델을 설계하고 환경 변화에 따른 시각과 청각의 변화 특징을 추출해 기계에 접목하는 것이다. 이는 '마음을 읽는 컴퓨터'를 기반으로 다중 생체정보를 처리, 사용자 인지 향상 모델과 시스템 프로토타입을 만들어내는 연구로 이어진다.