국내 연구진이 센서와 인공지능(AI) 딥러닝 기술을 효과적으로 통합해 실시간으로 짠맛·신맛·떫은맛·단맛을 동시에 정밀하게 측정할 수 있어 식품·주류·화장품 및 의약품과 휴머노이드 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

DGIST(총장 이건우) 로봇및기계전자공학과 장경인 교수 연구팀과 KAIST(총장 이광형) 항공우주공학과 최지환 교수 연구팀이 인간 미각을 모방한 인공 전자혀 시스템을 개발했다.

전자혀(E-tongue)는 인공 미각 센서로, 인간의 미각을 모방하여 다양한 맛을 구분하고 세부적인 특징을 정량적으로 평가할 수 있다. 객관적이고 일관된 맛의 평가를 가능하게 해 신제품 개발 및 품질 관리 시 중요한 도구로 활용될 수 있다.

전자혀는 맛물질과 맛세포에 포함된 맛수용체의 화학 반응 결과가 전기적 신호로 변환되어 신경망을 통해 뇌에 전달되며, 뇌는 이 신호를 해석하며 맛을 인식하는 원리로 작동한다. 그러나 기존 연구에서는 전자혀의 센서 부분에 중점을 두고 개발이 이루어져 왔기 때문에 딥러닝 기술과의 통합이 부족하여 높은 정확도와 신뢰성을 유지하는 데 한계가 있었다.

이에 장경인·최지환 교수 연구팀은 센서와 딥러닝 기술을 효과적으로 통합한 전자혀 시스템을 개발하는 데 성공했다. 연구팀은 각각의 맛을 감지할 수 있는 네 가지의 센서를 만들었고, 밀리미터 스케일의 우물 구조(well-structure)를 센서 소자에 제작하여 안정적으로 측정이 가능하게 했다. 또한, 맞춤형 딥러닝 알고리즘을 도입하여 맛 해석을 효과적으로 수행할 수 있도록 했다.

연구팀은 개발한 전자혀 시스템을 활용하여 6종의 와인을 측정하고 맛 프로파일링 실험을 수행했다. 딥러닝 기술을 활용해 6종의 와인을 95%이상의 확률로 구분하는데 성공했으며, 기존 와인과 유사한 와인을 제안하는 추천시스템도 구현했다. 이로써 전자혀 시스템은 다양한 응용 분야에서 활용 가능함이 입증되었다. 나아가, 각종 식품·주류 개발, 화장품, 의약품 등 다양한 분야로 응용 가능성을 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST 로봇및기계전자공학전공 장경인 교수(사진)는 “이번 연구를 통해 개발한 기술은 복합 맛을 측정 가능한 센서-딥러닝 통합 전자혀 시스템으로써 기존에 정량화 하기 힘들었던 미각을 정량적으로 평가할 수 있는 센서-딥러닝 기술”이라며 “다양한 와인을 통해 맛의 구분을 높은 확률로 구분 할 수 있음을 확인했으며, 추후 연구 내용을 더 발전시켜 식료 산업 뿐만 아니라 화장품 또는 의약 산업 등 다양한 분야에서 활용 될 수 있는 기술로 발전시키겠다.”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 국제학술지인 ACS 응용 재료 및 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)에 '딥러닝 알고리즘을 통한 포괄적인 맛 분석을 위한 미뢰(味蕾)에서 영감을 받은 한 방울로 다중 맛 감지(Taste Bud-Inspired Single-Drop Multitaste Sensing for Comprehensive Flavor Analysis with Deep Learning Algorithms-보기)'란 제목으로 지난 9월 게재됐다.

참고로 미뢰는 인간이 맛을 느끼는 꽃봉오리 모양의 기관으로 주로 혀 점막의 유두 속에 많이 분포하고 미각세포와 지지세포로 구성되며 약 1만 개가 있다, 각기 다른 미뢰는 짠맛·신맛·쓴맛·단맛 등을 인식한다.