AI 강화 소음 억제로 생명을 구하기

AI는 많은 일을 할 수 있습니다. 이제 우리는 그 능력과 잠재력에 대해 거의 알고 있습니다. 그래도 AI 강화 소음 억제로 생명을 구한다는 이야기를 들으면 우리는 재미있게 느낄 수밖에 없습니다! 하지만 이것은 더 이상 상상이나 추측적인 현실이 아닙니다. 최신 연구는 새로운 AI 기반 소음 억제 시스템 UAV를 통한 효율적인 피해자 탐지를 위해. 이 시스템은 자연 재해 상황에서 특히 유용함이 입증되었습니다. 

AI-Enhanced Noise Suppression: Enhancing the Value Proposition of UAVs

무인 항공기(UAV)는 구조 및 수색 임무에서 결과를 보여줌으로써 그 가치를 입증했습니다. 이러한 임무는 대규모 자연 재해(예: 지진) 이후에 효율적으로 수행하기가 매우 중요하고 어려워집니다. 이러한 재난의 여파 중 가장 눈에 띄는 것은 지진으로 인해 발생하는 파편의 양입니다.

하지만 UAV는 프로펠러 때문에 상당한 양의 소리를 발생시킵니다. 이 소리는 종종 소음으로 인식되어, 파편 아래에서 구조 요청을 하는 인간의 소리를 가려버립니다. 이 문제를 해결하기 위해, 여기서 논의하는 과학적 혁신은 UAV 소음을 효과적으로 억제하고 인간의 소리를 증폭시키는 데 도움을 줍니다. 이 솔루션의 핵심은 GAN(생성적 적대 신경망)이라는 매우 강력한 AI 모델입니다. 

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How do GANs work?

GAN이 사용하는 AI 모델은 다양한 데이터 유형을 정밀하게 학습할 수 있습니다. 연구자/개발자는 이 특성을 활용하여 UAV 프로펠러 소리 데이터를 정확히 학습하도록 모델을 훈련시켰습니다. 

이 소리를 학습한 후, 모델은 UAV 프로펠러와 유사한 소리를 생성할 수 있었습니다. 이 소리는 가짜 UAV 소리(pseudo-UAV sound)라고 불렸습니다. 

최종 솔루션은 UAV에 장착된 마이크가 포착한 실제 소리에서 이 가짜 UAV 소리를 빼는 것이었습니다. 그 결과, 조종사는 주변에서 발생하는 인간의 소리를 명확하고 정확하게 들을 수 있게 되었습니다.  

이 기술과 개발 메커니즘은 과학계로부터 큰 찬사를 받았습니다. 기존 소음 억제 시스템에 비해 여러 장점이 있었습니다. 

예를 들어, 좁은 주파수 대역 내에서 UAV 소음을 훨씬 더 정확하게 억제할 수 있었습니다. 또한 실시간으로 UAV 소음 변동에 적응할 만큼 민첩했습니다. 

게다가, 솔루션을 테스트한 결과 인간 소리 수준을 크게 향상시킬 수 있다는 인상적인 결과가 나타났습니다. 새로운 솔루션의 장점과 향후 구조 및 수색 임무에 대한 기대를 요약하면서, 시바우라 공과대학 전자공학부의 Chinthaka Premachandra 교수는 다음과 같이 말했습니다:

“UAV 프로펠러 소음을 음향 혼합물에서 억제하면서 인간 음성의 가청성을 향상시키는 것은 까다로운 연구 문제입니다. 다양한 비행 움직임에 따라 예측할 수 없이 변동하는 UAV 소음의 가변 강도는 UAV 소음을 혼합물에서 효과적으로 제거할 수 있는 신호 처리 필터 개발을 복잡하게 만듭니다. 우리 시스템은 AI를 활용해 프로펠러 소리를 효과적으로 인식하고 이러한 문제를 해결합니다.”

소음 억제 분야에서는 상당한 연구가 진행되어 왔습니다. 그 중 가장 주목할 만한 연구는 럭버러 대학교에서 나온 Sonobex입니다. 이 솔루션은 환경 소음이 우리에게 미치는 건강 위험, 즉 이명 및 청력 손실, 저혈압, 심혈관 질환 등을 해결합니다. 또한 어린이의 인지 장애와 수면, 정신 및 사회적 웰빙을 방해합니다. 

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Sonobex: Noise Canceling Structures for Urban Environments

Sonobex는 대부분의 환경 소음 차단 솔루션이 직면하는 핵심 과제 중 하나인, 방 안의 공기와 빛의 자유로운 흐름을 방해하지 않으면서 소음을 감소시키는 문제를 해결합니다. 연구진은 음향 메타물질, 특히 소닉 크리스털을 활용해 원통형 막대 배열로 효율적인 소음 장벽을 만들었습니다. 

연구자들은 이 방법으로 차단되는 소리 주파수 범위를 조절할 수 있음을 확인했습니다. 이 발견은 솔루션의 적용 범위를 넓혔으며, 소음 장벽은 건설, 산업, 운송 및 발전 분야에 활용될 수 있습니다.

간격을 조절할 수 있기 때문에 두 장벽 사이에 충분한 공간을 두어 공기와 빛이 흐를 수 있게 할 수 있습니다. 이러한 흐름은 장비의 공기 냉각에도 활용될 수 있습니다.

종종 건축 솔루션은 미적 우수성을 달성하는 데 장애물로 작용합니다. 이 솔루션은 다양한 재료로 제조될 수 있다는 점에서 그 장애물을 없앱니다. 

건축가들은 다양한 옵션을 탐색할 수 있습니다. 예를 들어, 소음 억제 장치를 창문 커버로 사용할 수 있습니다. 이는 기존의 고체 소음 장벽이 풍압 문제를 일으키는 데 비해 큰 가치를 제공합니다. 이 시스템의 틈새와 풍투과성 요소가 이 문제를 감소시키는 데 도움을 주었습니다. 

이 솔루션은 실험실을 넘어 실제로 기능적이며 비용 효율적이고 환경 친화적이며 사용자 건강과 웰빙에 적합함을 입증했습니다. 

실제로 Sonobex는 혁신 기간 동안 다수의 상을 수상했습니다. 동부 미들랜즈 개발청, 공학 및 물리 과학 연구 위원회(EPSRC), Innovate UK, 그리고 왕립공학원으로부터 연구 자금을 받았습니다.

이 혁신의 실생활 적용 가능성은 2017년 1월 네덜란드 엔지니어링 및 제조 회사 Merford가 이를 인수하면서 명확히 입증되었습니다. 제품 신뢰성을 높이기 위해 Sonobex는 ISO 9001:2005 품질 보증 인증을 획득했으며, 이는 시장 위치를 더욱 견고히 했습니다. 성장하는 수용도와 효과의 증거로, Sonobex의 NoiseTrap 음향 패널은 현재 유럽 전역의 다양한 현장에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

Merford의 기업 개발 이사 Joost Vertooren에 따르면:

“Sonobex는 60년 이상의 소음 제어 경험을 보유한 Merford가 정확히 찾고 있던 것을 제공했습니다.”

소음 및 소리 감소 사업에 활발히 참여하는 Merford와 같은 기업들은 지속적으로 Sonobex와 같은 솔루션을 찾고 있습니다. 이제 우리는 향후 섹션에서 이러한 기업 및 비즈니스 주도 소음 억제 및 차단 제품을 살펴보겠습니다. 

#1. ThinkLabs’ ThinkBox: 가장 시끄러운 환경에서도 소리를 들을 수 있는 청진기 

청진기는 환자를 적시에 진단하는 데 필수적이며, 시간과 자원을 가장 효율적으로 사용할 수 있게 해줍니다. 그러나 전쟁터의 임시 치료소나 비행기와 같이 소음이 심한 환경에서는 의료 전문가가 환자의 신체 소리를 듣기 어려워집니다. 

청진기 제조업체로 잘 알려진 ThinkLabs는 이 문제를 고도로 진보된 방식으로 청진기 기술을 재활용함으로써 해결했습니다. 이 장치는 다섯 가지 필터를 포함한 필터링 기술을 제공하며, 특정 소리를 효율적으로 차단하고 필요한 소리만을 남길 수 있습니다. 

프로젝트에 참여한 생물의학 엔지니어 Charles Harding에 따르면: 

“다섯 개의 필터 중 두 개는 심장 필터로, 심장 소리만을 분리합니다; 두 개는 폐 필터로, 흡기와 호기 소리를 목표로 합니다; 그리고 하나의 광대역 필터는 의료진이 두 번째 의견 진단 및 교육을 위해 소리를 기록할 수 있게 합니다.”

광대역 필터는 원격 의료, 원격 모니터링, 원격 멘토링이라는 세 가지 목적을 수행합니다. 청진기를 통해 소리를 기록하고 다른 의료 전문가에게 전송하여 도움이나 조언을 받을 수 있습니다. 이 장치는 국방부 항공 의료 전문가들이 부상당한 전투원을 보다 효과적으로 치료하는 데 도움을 주고 있습니다. 

미국 콜로라도주 센테니얼에 본사를 둔 Thinklabs는 1991년 Clive Smith가 설립한 사기업이며, 연간 추정 매출은 약 US$16 million.

#2. Qualcomm 독점 에코 캔슬링 및 소음 억제 기술

Qualcomm (QCOM ) 의 cVc 에코 캔슬링 및 소음 억제 기술은 블루투스 스테레오 헤드셋이나 이어버드로 음성 통화를 할 때 효과적임이 입증되었습니다. 주변 소음, 도로 소음 및 주변 사람들의 대화 소음을 상쇄하는 클리어 보이스 캡처(CVC) 기술을 통해 맑은 음성을 전송합니다. 

Qualcomm의 cVc 기술은 음성 통화의 전송 및 수신 경로에서 작동하는 알고리즘 모음으로, 수신자의 위치와 관계없이 최적의 음성 품질을 제공합니다. 에코 캔슬링 특성은 음향 에코를 감소시켜 보다 자연스러운 양방향 대화를 가능하게 합니다.

이 솔루션은 패킷 손실 및 비트 오류 복구 문제를 극복하여 일관된 음성 품질을 보장합니다. 또한 자동 이득 제어, 송수신 이퀄라이저, 편안한 노이즈 특성, 울음 제어, 비선형 처리 기능, 적응형 이퀄라이저, 보조 스트림 믹싱, 주파수 강화 음성 통합 등 다양한 기능을 제공하여 사용자 경험을 향상시킵니다. 

가용 최신 재무 데이터에 따르면, Qualcomm은 2023년 12월 24일 종료된 분기에 GAAP 매출로 US$9.9 billion를 기록했으며, GAAP EPS는 US$2.46였습니다. 

#3. Silentium의 액티브 노이즈 컨트롤 기술 (ANC) 

Silentium은 액티브 노이즈 캔슬링 기술 연구 분야에서 고급 혁신업체로 알려져 있습니다. 이들의 솔루션은 오븐 후드, 환기 시스템, 자동차 엔진, 시끄러운 열차 등 소음원의 90%까지 차단할 수 있습니다. 

Silentium이 개발한 액티브 노이즈 컨트롤 기술은 파괴적인 사운드 관리 솔루션입니다. 이 알고리즘은 실시간으로 소음 스펙트럼 변화를 적응적으로 추적할 수 있습니다. 

최종 솔루션은 크기가 작고 비용이 낮으며 저/중주파수 소음에 대해 매우 효과적입니다. 가정, 사무실, 산업 현장 등 다양한 적용 분야에서 성공적인 상용 솔루션을 제공할 수 있으며, 자동차 및 운송 산업의 요구도 충족합니다. 

이 솔루션은 전달 메커니즘이 독특하여 소음원을 직접 차단하거나 개인적인 조용한 영역을 만들어 소음을 감소시킬 수 있습니다. 이러한 영역을 Quiet bubbles(조용한 버블)이라고 합니다. 

가용 최신 정보에 따르면, Silentium은 액티브 어쿠스틱스 소프트웨어의 개발 및 출시 수준을 지속적으로 확대하고 있습니다. 

회사는 총 약 US$63 million 규모의 Series D 투자 라운드를 마감했습니다. 이 중 US$63 million 중 US$20 million는 확장된 Series D 라운드의 일환으로 Menora Mivtachmin과 Meitav Dash가 주도했습니다. 

글로벌 전자 기업 Molex도 투자자 중 하나였습니다. 투자 유입에 대해 Silentium의 CEO Yoel Noar는 다음과 같이 말했습니다: 

“우리는 음향에 대한 동일한 열정을 공유하고 개인 사운드 공간을 통한 프라이버시와 웰빙 향상의 가치를 보는 새로운 파트너를 환영합니다. 이번 새로운 투자를 통해 우리는 전기 및 자율 이동성의 새로운 시대에 NVH 요구사항이 진화함에 따라 차량 제조업체와 자동차 부품 공급업체를 위한 액티브 어쿠스틱스 소프트웨어 솔루션의 개발 및 출시를 확대할 것입니다.”

Arresting the Menace of Noise

유럽 환경청(EEA)은 소음 공해를 인간 건강과 환경 모두에 큰 문제로 인식했습니다. EEA의 환경 소음 보고서는 유럽 인구의 20%가 장기적인 소음 수준에 노출되어 건강에 해롭다는 것을 보여줍니다. 

이는 유럽 대륙에서 1억 명이 넘는 인구에 해당합니다. 보고서는 장기적인 소음 노출이 cardiovascular 및 대사 시스템에 부정적인 영향을 미칠 수 있다고 밝혔습니다. 

추정에 따르면, 환경 소음은 연간 48,000건의 새로운 허혈성 심장 질환 사례와 12,000건의 조기 사망을 초래합니다. 또한 2,200만 명이 만성적인 높은 불쾌감에 시달리고, 650만 명이 만성적인 높은 수면 방해를 겪고 있습니다. 항공 소음으로 인해 12,500명의 학교 어린이가 독서 장애를 겪는다는 사실도 놀라운 결과입니다. 

세계보건기구(WHO)의 연구에 따르면, 소음은 대기 오염에 이어 두 번째로 큰 환경적 건강 문제 원인입니다. 

우리 인구를 소음 공해의 유해한 영향으로부터 보호하는 것은 필수적이며, 이를 무시한다면 위험에 처하게 됩니다. AI와 같은 다른 신기술 패러다임과 시너지를 창출함으로써 소음 억제 연구를 강화할 긴급한 필요가 있습니다. 다행히도 이미 그 방향으로 상당한 노력이 진행되고 있습니다.