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스마트팜이 주목받고 있는 가운데 한국생산기술연구원(이하 생기원)이 인공지능과 로봇기술을 활용한 스마트팜 농작업 자동화 및 작업관리 시스템 연구 결과를 발표했다. 생기연 로봇그룹 인공지능연구실은 오는 10월 실증팜을 오픈해 ‘생기원형 스마트팜’을 선보일 준비에 착수했다.

스마트팜(Smart Farm)은 농·림·축·수산물의 생산, 가공, 유통 단계에서 정보통신기술(ICT)을 접목해 지능화된 농업 시스템을 일컫는다. 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능(AI) 등의 기술을 이용해 농작물, 가축 및 수산물 등의 생육 환경을 적정하게 유지·관리하고, PC와 스마트폰 등으로 원격에서 자동 관리할 수 있어, 생산의 효율성 뿐 아니라 편리성도 높일 수 있다.

스마트 팜은 응용 분야에 따라 스마트 농장, 스마트 온실, 스마트 축사, 스마트 양식장 등의 이름으로 사용되고 있다. 이같은 스마트팜에는 LED조명이 필수적인 요소로 적용돼 LED 업계에서도 큰 관심을 기울이는 분야다.

 

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중소 농가에 적용 가능한 스마트팜 기술

생기원은 지난 2015년부터 3년간 국가과학기술연구회의 지원으로 한국과학기술연구원, 한국전자통신연구원, 한국에너지기술연구원, 한국식품연구원과 함께 스마트팜 솔루션 융합연구단을 꾸려 스마트팜 관련 기술을 연구·개발해 왔다.

연구단은 이 사업을 통해 인공지능 기반 토마토 숙도 판별기술과 스마트 온실용 작업관리 시스템 개발에 성공했다. 올 10월에는 천안지역 토마토농장에 실증팜을 만들어 그 결과를 선보일 계획이다.

기존의 스마트팜은 생육관리, 환경관리, 에너지관리 등 재배 환경을 관리하는 기술을 중심으로 개발돼 왔다. 하지만 중소형 농가에 도움이 되기 위해서는 농민의 일손을 덜고 품질관리를 도와주는 기술이 필요하다. 연구단은 이런 기술이 중소형 농가 단위로 시작해 ICT 융복합 농산업으로 확장하는 데 밑거름이 될 것이라고 개발 의의를 밝혔다.

 

인공지능으로 토마토 숙도 판별

농업 분야는 생산비에서 인건비 비중이 특히 높다. 토마토는 생산비의 41.8%, 파프리카는 22.6%가 인건비로 들어간다. 이런 이유로 인력이 부족한 농가일수록 생산 자동화기술이 필요하다. 연구단은 생산 자동화기술로 온실용 작업관리 시스템과 무인 이송로봇을 개발하는 성과를 거뒀다.

특히 인공지능 기반 토마토 숙도 판별기술은 생기원에서 보유하고 있던 딥러닝 기반 얼굴 감정인식기술을 적용했다. 수확한 토마토들의 색을 숙도에 따라 6단계로 구분해 컴퓨터에게 기초 데이터를 학습시킨 뒤 딥러닝 기반 영상처리기술을 이용해 토마토의 숙도를 분류하는 방법이다.

연구단은 숙도 판별기술 외에도 수확물의 크기와 외형 품질을 동시에 판별할 수 있는 기술을 추가로 개발, 실증팜에 적용할 예정이라고 밝혔다.

 

노동력 투입을 절반으로 줄이는 것이 목표

연구단이 개발한 온실용 작업관리 시스템은 온실 내 작업정보를 실시간으로 수집하고 저장해 모니터링 할 수 있는 관리 시스템이다. 이 시스템은 작업정보 수집을 위한 무선 단말기와 작업기, 무인 이송로봇, 수집한 작업정보를 저장하고 관리하는 서버, 작업정보를 모니터링하고 분석하기 위한 소프트웨어로 구성되어 있다.

연구단 관계자는 “온실용 작업관리 시스템의 특징은 작업자의 조작 개입을 최소화해 편리성과 효율성을 높이고, 새로운 단말기나 작업기 개발 없이 기존 기기에 모듈 형태로 부착이 가능하다는 점”이라며 “수집된 작업정보는 스마트폰이나 컴퓨터, 태블릿PC 등에서 모두 확인할 수 있다”고 설명했다.

또 연구단은 작업관리 시스템과 연동할 수 있는 무인 이송로봇을 개발했다. 이번에 개발된 무인 이송로봇은 자율주행과 작업위치 인식 기능을 가지고 있어 작업자를 따라다니며 작업을 돕는다. 수확물을 운반할 수 있을 뿐 아니라 실시간으로 작업정보를 수집하고 전송하는 기능까지 갖추고 있다.

수집된 작업정보는 영농일지로 자동 변환된다. 디지털 영농일지에는 작업자의 작업 효율성 분석, 작업품질 분석과 함께 날씨 등 환경 기록, 수확 기록 등을 더해 다음 재배에 활용할 수도 있다.

연구단 관계자는 “농업은 워낙 다양한 작업이 필요한 분야라 스마트팜 완전 자동화 구현은 어렵다”며 “국내 소규모 농가에 적용할 수 있는 센싱로봇, 수확로봇, 방제로봇 등을 추가로 개발해 기존 노동력 투입을 절반 수준으로 줄이는 것이 목표”라고 말했다.

작업정보 자동 수집이 가능한 무인 이송로봇은 기술 이전을 완료했고, 인공지능 기반 토마토 숙도 판별기술은 올해 상용화할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이를 바탕으로 생기원은 2021년까지 스마트팜 농작업 관리시스템 연구 과제를 진행하는 동시에 ‘스마트팜 혁신밸리 조성사업’ 등 정부R&D 과제에도 적극 참여할 계획이다. 

 

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