안녕하세요. 유선규입니다. 서울대학교 전기정보공학부 학사 졸업 후 동 대학원 박사학위를 취득했습니다. 이후 박사후연구원으로서 한국연구재단 대통령 Post-Doc. 펠로우십 과제를 수행하다가, 2020년 9월부터 조교수로 재직 중입니다.

주요 관심 연구 분야는 무질서한 시스템 및 열린계에서의 파동의 흐름을 이해하고 이를 활용하여 지능형 신호처리 소자 등을 개발하는 것입니다. 해당 연구 주제로 2021년부터 현재까지 한국연구재단 기초연구실지원사업 및 우수신진연구 과제를 수행 중입니다.

해당 연구의 장기적/궁극적 목표는 기존보다 빠르고 에너지 소모가 적은 지능형 시스템의 구현에 있으며, 그 목표를 달성하기 위해 가장 기초가 되는 소자를 구현하는 것이 초점을 맞추고 있습니다.

최근 인공지능 기술로 대표되는 지능형 시스템 구현에 있어서 신호 상태를 기억하는 소자의 중요성이 부각되고 있습니다. 특히, 기존 컴퓨터의 성능 한계가 기억 공간과 연산 공간이 분리되어 둘 사이에 신호를 주고받을 때 가장 많은 성능 저하가 발생한다는 점에 착안하여 어떻게 하면 '기억'과 '연산'을 동시에 수행할 수 있는 고성능 소자를 만들 수 있을지가 향후 인공지능 기술에 중요한 부분입니다.

저희 연구진은 속도가 매우 빠르고 발열 및 소모전력 문제에서 상대적으로 자유로운 빛을 신호로 활용하여, 빛을 기억하고 동시에 연산을 수행하는 기본 소자를 구현하고자 노력하고 있습니다. 그러나 빛은 그 상태의 기억을 위해 멈추기도 힘들고 효율적으로 변화시키기 어려운 특징을 갖고 있어 이 문제를 해결하기 위해 다른 분야의 연구진과 협력하여 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 빛의 상태를 안정적으로 기억하고 기존 전자 소자와의 융합을 통해 효율적으로 제어할 수 있는 새로운 개념의 전자-광자 하이브리드 소자를 구현하는 것이 중기 목표라고 할 수 있습니다.

사실 무질서라는 단어는 얼필 들으면 질서의 반대말처럼 들리지만, 질서가 아닌 모든 상태를 나타내는 매우 포괄적인 개념입니다. 그동안 어떤 대칭성 또는 수학적 규칙에 의해 정의되는 질서 있는 매질에 대해서는 많은 기초 및 응용 연구가 진행되어왔지만, 무질서 매질은 그 영역이 매우 넓고 거의 무한한 자유도를 내포하고 있어서, 그 가능성에 비해 실제로 활용하기에는 어려움이 많습니다. 그러나 해당 자유도가 빛과의 상호작용을 통해 빛의 상태를 제어할 수 있으며, 이는 높은 수준의 정보처리 능력을 나타낸다는 점에서 무질서 매질의 활용 가능성은 매우 높습니다.

향후 10년간의 중·단기 목표는 빛, 양자, 음파, 매질파, RF 등을 포괄하는 파동 역학과 AI 기술 간의 접목입니다. 보다 구체적으로는 (1) AI 시스템 구축에 활용할 수 있는 파동 기반 물리현상에는 어떤 종류가 있을지, (2) 여러 파동 기반 물리 현상을 AI로 해석하고 역설계를 하기 위해 필요한 조건은 무엇이며, 이를 어떻게 공학적으로 활용할 수 있을지, (3) 마지막으로 (1,2)의 과정을 통해 구현한 파동 AI 시스템이 우리에게 어떤 새로운 기회들을 제공할지 살펴보고자 합니다.

특히 궁극의 속도를 제공해 주는 빛을 활용해 사람의 두뇌와 닮은 광학 뉴로모픽 하드웨어를 개발하고, 인공지능을 활용한 광학 현상을 해석하는 연구가 현재 다루고 있는 주요 연구 주제입니다.

빛(보다 일반적으로는 파동)이 매질과의 상호 작용을 통해 전달하고 처리할 수 있는 정보의 총량을 극대화하고 이를 위한 시스템을 각 계층별로 설계하는 것을 목표로 하고 있습니다. 예를 들어 빛은 일정한 속도로 직진한다고 배우지만 그것은 진공 상에서의 움직임일 뿐이고, 빛을 통한 신호처리 기술에서는 빛과 매질 간의 상호 작용을 이해하고 이를 활용해야만 합니다.

빛이 매질과 상호작용을 할 때 매질과 광자 간의 에너지 교환을 통해 정보를 변조할 수 있는데, 이때 매질의 기본 단위가 무엇인가, 매질이 시공간 영역에서 어떻게 배열되어 있는가, 파동의 어떤 특성들이 매질을 통해 서로 상호 작용하는가를 활용함에 따라 설계 자유도를 극대화할 수 있습니다. 즉, 빛의 모든 물리량들과 매질 특성들 간의 상호작용을 물리적/공학적 관점에서 다루고자 하며, 이를 해석함에 '네트워크'의 관점을 도입하는 것입니다.

강점은 연구 주제 설정 등에 있어서 연구자의 자율성을 많은 부부 보장해 준다는 점이라고 생각합니다. 사실 연구를 진행하면서 처음 생각했던 방향대로 진행되는 일은 드물며, 특히 이러한 현상은 새로운 연구 분야에 도전할 경우 더 빈번합니다. 도전적인 주제일수록 연구계획서를 작성하는 초기 단계에서는 구체적인 방향을 예측하기 어려운 측면이 있다는 점에서 연구 자율성을 보장하고자 노력하는 기초연구지원사업이 큰 버팀목이 됩니다.

여러 학문들은 각자 고유성을 가지고 있으면서도,

생각보다 많은 부분에서 유사성을 동시에 지닌다.

다양한 분야에서 학문적 영감을 얻는

다학제적 연구의 강점을 강조하고 싶다.