당신이 석양이나 일상의 순간을 촬영할 때, 손에 쥐고 있는 것은 우주 탐사를 위해 개발된 테크놀로지입니다. 현재 스마트폰과 미러리스 카메라의 핵심 부품으로 연간 약 70억 개가 생산되는 ‘CMOS 액티브 픽셀 센서(APS)’. 일명 ‘카메라 온 어 칩’이라 불리는 이 기술은 1990년대 초 NASA 제트추진연구소(JPL)에서 탄생했습니다.
1992년, 에릭 포섬 박사는 NASA로부터 ‘행성 간 우주여행을 위한 카메라 소형화’라는 미션을 부여받았습니다. 당시 디지털 카메라는 ‘CCD 센서’가 주류였으나, CCD는 전력 소모가 크고 장치가 부피를 차지해, 자원이 제한된 우주 공간에서는 큰 과제였습니다.
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1992년의 돌파구: 노이즈 문제를 해결한 발명
포섬 박사의 혁신은 CCD에서 사용되던 ‘상관 이중 샘플링을 이용한 화소 내 전하 전송’ 기술을 CMOS 테크놀로지에 적용한 데 있습니다. 당시 CMOS 센서는 노이즈가 많기로 유명했지만, 빛을 두 번 측정해 그 차이를 빼는 방식으로 이 단점을 극적으로 개선했습니다.
이렇게 탄생한 액티브 픽셀 센서는 NASA에 세 가지 결정적인 이점을 가져왔습니다.
- 저전력: CCD보다 훨씬 적은 전력으로 구동 가능
- 방사선 내성: 우주 공간의 강력한 방사선에 견딜 수 있는 설계
- 소형화: 시스템 전체를 하나의 칩에 집약, 고속이면서도 컴팩트하게 구현
초기에는 NASA도 이 기술의 도입에 신중했으나, 포섬 박사는 ‘이것은 우주뿐 아니라 지구에서도 유용하다’고 확신했습니다. 의료용 캡슐 내시경과 차량용 센서를 거쳐, 결국 휴대전화라는 킬러 애플리케이션과 만나게 됩니다.
외계 생명체 탐색을 위한 진화
2026년 현재, NASA가 탄생시킨 이 기술은 더욱 진화하고 있습니다. 로체스터 공과대학교(RIT) 연구팀은 ‘싱글 포토 센서 CMOS(SPSCMOS)’ 개발을 진행 중입니다. 이는 개별 광자(포톤의 수)를 감지·분해할 수 있을 정도로 고감도의 센서로, 향후 Habitable Worlds Observatory(HWO) 미션에서 필수적인 기술로 꼽힙니다.
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센서를 250K까지 냉각함으로써, 30분 동안 전자 1개 수준까지 ‘다크 커런트’를 극한으로 억제합니다. 이 정도의 정밀도가 있어야만, 멀리 떨어진 외계 행성 대기 중 산소나 메탄과 같은 ‘바이오시그니처(생명 징후)’를 포착할 수 있습니다.
기술 혁명에 대한 찬사
이 발명이 세계에 끼친 막대한 영향에 대한 찬사로, 에릭 포섬 박사는 2026년 찰스 스타크 드레이퍼 상을 수상했습니다. 우주의 끝을 포착하기 위해 시작된 도전은 이제 우리의 일상을 잇는 가장 가까운 도구가 되었고, 인류 공통의 질문인 ‘우리는 우주에서 외로운 존재인가?’라는 물음에 지금 이 순간도 한 걸음씩 다가가고 있습니다.