국립대학법인 도쿄대학대학원 공학계 연구과 응용화학전공의 나가시마 카즈키 준 교수, 야나기타 고 교수 등의 연구그룹은 5월 23일 생체 호기로부터 얻은 화학정보에 근거하여 개인인증의 원리 실증에 성공한 것으로 발표하였습니다.
본 연구에서는 인공 후각 센서를 통해 호기를 검지하고, 얻어진 데이터를 AI에 의한 기계 학습을 통해 분석하여 20명의 개인 인증을 97% 이상의 높은 정밀도로 달성하였습니다.
본 연구 성과는 5월 20일 영국 왕립화학회가 출판하는 「Chemical Communications」 잡지에 게재되었습니다.
지금까지 지문이나 손금, 얼굴 등 다양한 특징을 이용한 생체인증 기술이 개발되어 왔지만, 물리 정보에 기초한 이들 기술에서는 외상 등의 신체적 특징의 변화에 의한 인증 저하나 정보가 위변조 · 절취되었을 때 장기적인 스푸핑 등의 리스크가 남아 있었습니다.
본 연구의 주제인 호기(생체 가스)를 통한 생체인증 기술은 생체 가스를 구성하는 분자 군의 화학정보(각 분자의 종류나 그 수량)에 기초하여 인증하는 새로운 접근법입니다. 생체 가스는 내인성 성분을 포함한 방대한 종류의 분자 군으로 구성되기 때문에 외상에 의한 변화나 정보의 위조가 어렵습니다.
또한, 1회성으로 소비되기 때문에, 도취에 의한 장기적 스푸핑이 곤란하다는 특징이 있어, 종래의 생체인증 기술이 안고 있는 과제를 본질적으로 극복할 가능성이 높습니다.
지금까지 주로 피부에서 나오는 가스를 이용한 개인 인증이 연구되어 왔지만, 피부 가스에 포함되는 많은 분자 군의 농도는 화학 센서의 검출 한계를 크게 밑돌기 때문에 개인 인증에 이용 가능한 분자의 종류는 제한적이었고, 이러한 어프로치가 제안되었습니다.
본 연구에서는 피부 가스에 비하여 구성 분자군의 농도가 3자리 정도 높은 호기 가스에 주목하여, 인공 후각센서를 통한 호기 검지에 의한 개인인증의 원리 실증을 실시하였습니다. 우선, 호기 가스가 피부 가스와 마찬가지로 개인 인증에 이용 가능한 성분을 포함하고 있는지를 조사하기 위해, 호기 가스의 성분을 분석했습니다.
그 결과, 호기 가스에서는 피부 가스와 공통되는 성분이 다수 검출됨과 동시에, 개인을 특징짓는 성분을 나타내는 특징량 맵을 통하여, 개인마다 다른 호기성분 패턴의 존재를 확인할 수 있었습니다.
다음으로, 고분자 재료와 도전성 카본 나노 입자 등으로부터 인공 후각 센서를 구축했습니다. 인공 후각 센서는 분자가 흡착되면 센서 재료가 체적 팽창하고, 도전성(electric conduction) 카본 나노 입자 사이의 거리가 넓어짐으로써 전기 저항이 증가한다는 원리로 표적 분자를 검출할 수 있었습니다.
분자의 검출의 용이함은 고분자 재료와 표적 분자의 친화성에 의해 결정되며, 다른 성질의 고분자 재료를 이용하여 다종류의 센서를 탑재함으로써 다양한 분자 군을 검출할 수 있었습니다. 본 연구 그룹은 제작 센서 소자를 이용하여 호기 가스의 성분 분석으로 얻어진 개인을 식별할 수 있는 분자를 취득하였고, 호기 가스의 농도 범위에서 표적 분자를 검출할 수 있다는 것을 확인했습니다.
연령 · 국적 · 성별이 다른 공복 상태의 6명을 대상으로 호기를 측정한 결과, 16개의 센서 소자는 모두 다른 응답을 나타내었고, 개인마다 다른 패턴의 응답을 얻을 수 있었습니다. 또한, 개인을 특징하기 위한 각 센서의 기여도를 평가한 결과, 모든 센서 소자가 개인 인증에 유효한 것으로 확인되었습니다.
6명을 대상으로한 본 실험에서는 평균 97.8%의 정확도로 개인 식별에 성공하였습니다. 이 높은 식별 정밀도는 다른 날에 호기를 샘플링한 경우나 대상 인원수를 20명으로 늘렸을 경우의 실증 실험에서도 동일하게 달성되었습니다.
본 연구에서는 데이터 분석에 사용하는 센서 수의 증가에 따라 식별 정밀도 · 재현성이 상승하는 경향이 관측되었고, 본 연구에서 얻은 일련의 지식과 정보들은 더 많은 수의 식별을 향한 센서 개발에 중요한 지침이 되어, 높은 보안력의 생체인증 기술 실현으로 이어질 것으로 기대되고 있습니다.
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