▲ 한국기계연구원 허신 박사.

자동차 경적이나 지하철 알람, 전화벨소리 등 청각장애인이 듣고 싶어 하는 소리를 시각화하는 핵심부품이 국내에서 처음으로 개발됐다.

한국기계연구원(원장 최태인) 나노자연모사연구실 허신 박사팀이 청각장애인의 청각보조를 위해 높은 감도와 광대역 주파수 특성을 갖는 초소형 청각소자를 개발했다고 8일 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부 신기술융합형 성장동력사업의 신경모방 소자 및 인지시스템 융합연구단(단장 우삼용)의 지원을 받아 진행됐다.

이번에 개발된 초소형 청각소자인 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 마이크로폰 소자는 4인치 실리콘 웨이퍼 기준으로 수백 개의 소자를 대량으로 제조할 수 있는 MEMS 공정기술을 이용한다. 이에 저가화, 초소형화 및 소자의 특성을 균일하게 구현할 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 실리콘 기판에 마이크로폰 소자 및 CMOS 신호처리소자를 제작해 이 두 소자를 패키징 한 6mm×7mm 크기의 MEMS 마이크로폰을 제조했다. 개발된 MEMS 마이크로폰은 청각장애인의 청각보조용 장치에 적용해 음원을 가시화할 수 있도록 일반적인 MEMS 마이크로폰 감도(-42.0dB)보다 우수한 감도(37dB) 및 넓은 주파수 대역 (100∼5,000Hz)을 가지고 있다. 연구팀은 금년 말까지 4mm×4mm로 축소된 크기를 구현함으로써 활용 영역 및 기술경쟁력을 더욱 높일 예정이다.

기존의 MEMS 마이크로폰은 주로 휴대용 IT 기기의 음성처리에 적합한 특성을 가지고 있었다. 반면에 이번에 개발된 MEMS 마이크로폰 기술은 청각장애인이 듣고 싶어 하는 소리의 방향과 발생 위치를 시각적으로 확인할 수 있다. 이에 단순히 소리의 크기를 증폭시키는 보청기나 고도난청 환자들에게 이식되는 인공와우와도 차별화되는 특성을 갖고 있다.

초소형 청각소자를 이용해 발생된 소리를 시각화하는 원리는 음원으로부터 전파되는 음파가 이번에 개발된 초소형 청각소자 배열로 입사할 때 측정되는 각각의 음압 신호의 공간 분포를 가시화 알고리즘을 통해 시각화해 청각장애인이 눈으로 볼 수 있게 하는 것이다.

개발된 기술은 안경, 목걸이, 팔찌 등 휴대용 또는 착용형 장비에 적용할 수 있어 청각장애인들의 장애 노출을 최소화시킬 수 있으며, 궁극적으로 청각장애인과 노약자의 삶의 질 향상에 크게 기여할 전망이다.

연구책임자인 허신 박사는 “차별화 된 기술로 우수한 성능을 가진 청각소자를 개발함으로써 청각장애인들에게 소리를 시각으로 인식할 수 있는 장을 마련했다는 점에서 의미가 있다”며 “현재 MEMS 마이크로폰 소자는 전량 외국에서 수입되고 있으나, 향후 상용화되면 약 10억달러의 수출 및 수입대체 효과가 예상된다”고 밝혔다.

▲ MEMS 마이크로폰.