전북대학교 신소재공학부 박유신 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST), 서강대학교, 동국대학교 연구팀과 함께 전기 없이 빛만으로 연산을 수행하는 새로운 광컴퓨팅 소자를 개발했다. 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단(NRF) 중견연구자지원사업(RS-2025-00517064)과 한국과학기술연구원(KIST) 기관고유사업의 지원으로 수행되었으며, 연구 성과는 재료과학 분야 세계적 권위지인 『Advanced Materials』 (IF 26.8, JCR Materials Science, Multidisciplinary 상위 2.1%) 최신호에 게재됐다. 논문 제목은 “Light-Driven Reconfigurable Logic in a Monolithic Perovskite Device via Nonlinear Photoresponse Switching (http://doi.org/10.1002/adma.202509566)”이다. 

이번 연구의 핵심은 특수 소재(할라이드 페로브스카이트) 안에서 전하의 움직임을 정밀하게 조절해, 들어오는 빛의 세기와 위치만으로 전류의 방향(플러스/마이너스)이 바뀌도록 만든 것이다. 이를 통해 하나의 소자만으로 AND, OR, NOT 등 모든 기본 논리 연산을 자유롭게 바꿔가며 수행할 수 있으며, 특히 전압을 0V로 설정해도 동작한다는 점이 큰 특징이다. 즉, 전력을 거의 쓰지 않는 광(빛) 기반 컴퓨팅이 실제로 가능함을 보여준 것이다. 논문의 제1저자는 안단태 박사과정(KU-KIST 융합대학원)이다.

연구팀의 이번 기술은 복잡한 회로나 다수의 트랜지스터가 필요했던 기존 방식과 달리, 소재 자체의 특성을 이용해 연산 기능을 구현했다는 점에서 큰 의의가 있다. 이는 소형 기기나 배터리 사용 영역에서 특히 중요한 저전력·고집적 광컴퓨팅 플랫폼으로 발전할 가능성을 보여준다.

● 제1저자: 안단태(KU-KIST 박사과정). 공동연구: KIST, 서강대(서민아 교수), 동국대(권순철 교수)

● 전기 없이 동작: 0V 상태에서도 빛만으로 논리 연산 수행 가능

● 소자 1개로 모든 연산: AND, OR, NOT, XOR 등 모든 기본 게이트를 하나의 소자로 재구성 가능

● 초저전력·고집적: 회로 복잡도를 줄여 에너지 사용량과 발열 감소

● 광 기반 실시간 연산 가능성: 카메라·센서 입력을 바로 계산·판단으로 연결하는 시스템 구현 기반

연구팀은 2022년(Nature Communications)에 전기 없이 빛만으로 연산하는 소자를 처음 선보여, 한 개의 소자로 5가지 기본 논리 연산을 구현한 바 있다. 이번 연구에서는 이를 더 발전시켜, 모든 기본 논리 연산을 하나의 소자에서 자유롭게 바꿔가며 수행할 수 있도록 만들었다. 즉, 빛만으로 동작하는 ‘완성형’ 광컴퓨팅 소자의 기반을 마련한 것이다. 이 기술은 작고, 전력을 거의 쓰지 않고, 빠르게 판단하는 센서-컴퓨팅 장치로 발전할 가능성이 크며, 자율주행, 로봇, 스마트 제조, 헬스케어, 환경·안전 모니터링 등 다양한 실생활 분야에 응용될 수 있다. 다만, 실제 제품으로 쓰기 위해서는 내구성, 수명, 패키징, 칩 연결성 등을 추가 검증해야 하며, 연구팀은 이를 위해 소자 배열화 → 신뢰성 평가 → 시스템 통합 순서로 연구를 계속할 계획이다.

기대 효과와 활용 분야

● 엣지 AI: 전력 인프라 제약 환경에서 센싱-연산-판단 일체형 자율 센서

● 광 뉴로모픽: 시각 정보의 직접 광연산 기반 학습·추론 하드웨어

● 국방, 우주, 환경 모니터링: 고신뢰 초저전력 플랫폼

● 차세대 광통신, 보안: 광 기반 신호 처리와 연산의 결합

박유신 교수는 "복잡한 회로를 많이 쌓지 않고도, 소재 자체의 성질만으로 계산을 수행할 수 있다는 점에서 의미가 크다"며, "센서가 곧 연산을 수행하는, 즉 ‘보고 바로 판단하는’ 새로운 형태의 지능형 시스템으로 확장될 수 있다"라고 소회를 밝혔다. 전북도가 관심을 갖고 있는 피지컬 AI와 같은 실세계 인지·판단 시스템의 개발에 기여할 수 있을 것으로 내다봤다. 

안단태 박사과정(KU-KIST 융합대학원)은 “인턴 시절부터 이어온 연구를 발전시켜 이번 성과로 연결할 수 있어 매우 뜻깊다. 세계적으로 인정받는 학술지에 실리게 되어 감사하다”고 말했다. 안단태 박사과정은 2026년 2월 졸업 예정이며, 우수한 연구 성과를 바탕으로 세계적 센서·반도체 연구 그룹으로부터 박사후연구원(포스트닥) 제안을 받을 정도로 크게 주목받고 있다.