인공지능(AI)이 빛을 다루는 차세대 기술 ‘메타포토닉스’ 설계 방식까지 바꾸고 있다. 국내 연구진이 국제 공동연구를 통해 AI를 활용한 광학 기술의 발전 방향을 제시했다.
 

고려대 세종캠퍼스는 전자및정보공학과 Trevon Badloe 교수 연구팀과 전자·기계융합공학과 소순애 교수 연구팀이 인공지능과 메타포토닉스 융합 연구 동향을 체계적으로 분석한 논문을 발표했다고 18일 밝혔다.
 

이번 연구는 싱가포르 SUTD, 스위스 EPFL, 중국 저장대, 베이징 항공항천대 연구팀과 함께 수행된 대규모 국제 공동연구다. 연구진은 AI 기술이 메타포토닉스 설계와 분석에 어떤 변화를 가져오는지 종합적으로 정리했다.
 

기존 광학 부품은 부피가 커 스마트폰이나 웨어러블 기기와 같은 소형 전자기기에 적용하는 데 한계가 있었다. 이를 해결하기 위한 기술로 나노 스케일의 미세 구조를 배열해 빛을 정밀하게 제어하는 ‘메타표면’ 기술이 주목받고 있다. 그러나 메타표면은 설계 변수의 수가 방대해 최적 구조를 찾기 위해 막대한 계산 시간과 자원이 필요하다는 기술적 어려움이 있었다.
 

연구팀은 이 문제를 해결하는 핵심 도구로 AI를 제시했다. AI 기반 시뮬레이션을 활용하면 기존 방식보다 수천 배 빠르게 광학 특성을 예측할 수 있고 사람이 생각하지 못한 새로운 구조도 찾아낼 수 있다는 것이다. 또 메타표면에서 생성되는 복잡한 빛의 데이터(스펙트럼·이미지)를 AI로 분석하면 기존에는 확인하기 어려웠던 미세한 광학 특성까지 정밀하게 파악할 수 있는 것으로 나타났다.
 

이를 통해 메타렌즈의 색 번짐(색 수차)이나 좁은 시야각 문제를 소프트웨어적으로 보정해 더 선명하고 넓은 시야의 이미지를 구현할 가능성도 제시했다.

연구팀은 나아가 설계부터 실제 작동까지 전 과정을 자동화하는 ‘엔드 투 엔드’ 시스템 발전 방향도 제시했다. AI가 메타포토닉스 설계의 핵심 도구로 자리 잡을 수 있다는 설명이다.

이 기술은 향후 자율주행, 초고속 통신, 차세대 디스플레이, 바이오 센싱 등 다양한 산업 분야에 활용될 것으로 기대된다.
 

이번 연구 결과는 광학 분야 국제 학술지 ‘Opto-Electronic Advances(OEA)’ 이달 호에 게재됐다.