DARPA Firefox (비침습 광학 BCI) 프로그램

DEFENSE TECH PROGRAM BRIEFING Tech News > DARPA 프로그램

[DARPA 프로그램] DARPA Firefox (비침습 광학 BCI) 프로그램 — 100채널 단일 뉴런급 분해능을 구현하는 3단계(Phase 1~3: 36개월) 공식 및 광학 스펙클 아키텍처

작성: Douglas Kim (시스템 아키텍트)

프로그램 공고일: 2026.10.06

[도표 1] [DARPA 프로그램] DARPA Firefox (비침습 광학 BCI) 프로그램 — 100채널 단일 뉴런급 분해능을 구현하는 3단계(Phase 1~3: 36개월) 공식 및 광학 스펙클 아키텍처 관련 아키텍처 개요

■ 프로그램 핵심 개요 (Executive Summary)

미 국방부 생체기술청(BTO)이 두개골 외과 수술 없이 비침습적으로 100채널 뉴런 신호를 단일 신경세포 수준(50μm, 100μs)으로 해독하기 위해 발족한 공식 3개년 전략 연구 프로그램(DARPA-PS-26-137)입니다.

동적 광학 빔 조향·래스터링(TA1)과 아날로그 광학 스펙클 실시간 신호 처리(TA2)의 2개 핵심 기술 영역으로 분할되어 수행됩니다.

2026년 가을 공고(제안서 마감: 2026-10-19/11-09)를 시작으로 12개월 단위의 3단계(Phase 1~3, 총 36개월) 공식 마일스톤을 거쳐 fMRI 대조 임상 및 전술 헬멧 전력화를 목표로 추진됩니다.

1. 전장 극저지연 신경 제어와 두개골 절개 임플란트의 의료적 한계 극복

추진 배경 및 기술적 당면 과제

기존의 고해상도 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 미세 전극 어레이를 대뇌 피질에 직접 삽입하는 외과적 개두술에 전적으로 의존해 왔습니다. 그러나 이러한 침습적 방식은 감염, 면역 거부 반응, 뇌 조직 섬유화에 따른 전극 신호 감쇄라는 치명적인 한계를 지니고 있어 전장 군사 작전이나 건강한 전투원에게 광범위하게 적용하는 것이 불가능했습니다. 반면 비침습 방식인 뇌전도(EEG)나 기능적 자기공명영상(fMRI)은 두개골에 의한 신호 감쇄와 거대한 장비 부피로 인해 단일 뉴런 수준의 초미세 공간·시간 분해능을 확보하지 못했습니다.

미 국방부 고등연구계획국(DARPA)의 생체기술청(BTO)은 이러한 트레이드오프를 원천 타파하기 위해 '파이어폭스(Firefox, Solicitation DARPA-PS-26-137)' 프로그램을 공식 가동했습니다. 가간섭성 근적외선 레이저가 두개골과 뇌 조직을 무해하게 투과할 때 신경 세포막의 전기적 발화로 인해 발생하는 나노미터 단위의 물리적 팽창·수축을 포착하여, 수술 없이도 침습 전극에 필적하는 고밀도 뇌 신호를 수집하는 전략적 도약에 나선 것입니다.

2. TA1 동적 래스터링과 TA2 아날로그 스펙클 프로세싱의 융합 구조

핵심 공학 아키텍처 및 추진 로드맵 (Milestones)

Firefox 프로그램은 광학 센싱 물리학과 아날로그 신호 처리 공학을 결합한 2개 핵심 기술 영역(Technical Areas)을 축으로 아키텍처를 전개합니다.

첫째, 기술 영역 1(TA1: Dynamic Optical Rastering and Steering)은 단일 광원을 복수의 대뇌 피질 표적 영역으로 초고속 편향·래스터링(Rastering)하는 광학 하드웨어 소자를 개발합니다. 두개골의 광학적 산란 특성을 실시간 보정하면서 관심 뇌 영역을 50마이크로미터(μm)의 정밀한 공간 해상도로 주사하여 복수의 피질층 신경망을 동시 스캐닝합니다.

둘째, 기술 영역 2(TA2: Analog Optical-Speckle Processing)는 센서가 수집한 방대한 광학 간섭 스펙클(Speckle) 데이터를 처리하는 새로운 아날로그 프로세싱 아키텍처입니다. 100개 채널에서 쏟아지는 테라바이트급 광학 데이터를 전통적인 디지털 ADC로 변환할 경우 발생하는 전력 소모와 열 방출, 지연 시간을 극복하기 위해, 광자가 칩에 도달하는 즉시 아날로그 영역에서 공간 간섭 패턴 압축 및 신경 발화 특성을 100마이크로초(μs) 이내에 직접 디코딩합니다.

3. 3개년 공식 추진 연대기(Phase 1~3) 및 국방·의료 전력화 로드맵

전략적 시사점 및 국가 안보 파급 효과

Firefox 프로그램은 36개월에 걸쳐 12개월 단위의 3단계(Phase 1~3) 공식 연대기로 추진되며, 각 단계별 마일스톤은 다음과 같습니다.

■ 2026년-2027년 [Phase 1: 기반 광학 하드웨어 및 단일 채널 래스터링 검증]

-

안전한 두개골 투과 가간섭 광학 레이저 파장대 및 동적 빔 조향 광학계 기초 설계 완성

-

조직 팬텀 모델 대상 50μm 미세 분해능 및 단일 신경막 변형 신호 검출 실증

■ 2027년-2028년 [Phase 2: 100채널 아날로그 스펙클 프로세서 및 다채널 통합]

-

디지털 ADC 병목을 배제한 광학 도메인 실시간 스펙클 간섭 데이터 압축 프로세서 칩 제작

-

100채널 동시 뉴런 발화 100μs 시간 분해능 실시간 추적 및 노이즈 억제 알고리즘 확립

■ 2028년-2029년 [Phase 3: 인간 대상 비침습 검증 및 전술 BCI 인터페이스 실전화]

-

fMRI 대조 인체 임상 실험을 통한 단일 뉴런 수준 신호 해독 정확도 독립 검증(IV&V) 완결

-

경량화 전술 헬멧 통합 및 전투기 조종사·드론 편대 비침습 신경 직접 제어 프로토콜 확립

이러한 로드맵 완성을 통해 미 국방부는 조종사와 특수작전 대원이 생각의 속도(Speed of Thought)로 다영역 무인 복합 체계를 제어할 수 있는 궁극의 휴먼-머신 인터페이스를 확보하게 되며, 민간 신경학 분야에서도 뇌졸중 및 사지마비 환자를 위한 비수술적 신경 보철 치료의 신기원을 열게 됩니다.

4. 아키텍트 종합 분석 및 실무 제언

국방 시스템 아키텍트 분석 및 평가

시스템 아키텍트의 시각에서 Firefox 프로그램은 '침습형 전극 중심의 뉴럴링크 모델을 정면으로 우회하는 대담한 광학 컴퓨팅의 승부수'입니다. 신경세포의 전기신호를 직접 도선으로 따내는 전자기적 접근법 대신, 생체 광학적 간섭 패턴을 아날로그 신호 처리 칩으로 직접 풀어내는 방식은 인터페이스의 유지보수성과 인체 안전성을 극대화합니다. 센서와 프로세서가 융합된 포토닉 아키텍처가 차세대 바이오 테크놀로지의 표준이 될 것임을 증명하는 이정표입니다.

■ 참고 문헌 및 자료 출처

DARPA 공식 프로그램 공고: DARPA Official Solicitation | https://www.darpa.mil/work-with-us/opportunities/darpa-ps-26-137