인류가 공동체를 이루고 문명생활을 하는 데 가장 큰 역할은 한 것은 무엇일까요? 아마도 안정적인 식량 수급을 가능하게 한 ‘농업’일 것입니다. 토지를 기반으로 농작물을 재배하고 가축을 가르면서 안정적인 식량 수급이 가능해짐에 따라 먹거리를 찾아 이동을 하지 않아도 되었고, 정착생활을 시작하면서 도시와 문명이 탄생했기 때문이죠. ​ 농업은 이처럼 인류의 생존 뿐 아니라 문명의 탄생과 발전을 지탱하는 중요한 기초 산업이자 국민의 식량조달을 위해 절대적으로 필요한 산업입니다. 그러나 현재 우리나라의 현실은 농업인구의 급격한 감소와 고령화 등으로 심각한 위기 상황에 직면해 있습니다.

통계청에 따르면 농촌 인구는 2019년 말 기준으로 전체 인구(5171만 명) 중 4.3%(약 224만 5천명)에 불과합니다. 이는 반세기 전인 1970년(1442만2천명) 농업인구보다 84.4%나 감소한 수치입니다. 반면에 2019년 전체 농가 인구 중 만 65세 이상 고령인구가 차지하는 비율은 1970년 4.9%였던 것에 비해 2019년 말에는 46.6%로 비해 크게 증가했습니다. 전체적인 고령화 사회와 더불어 농촌의 일은 힘든데 비해 수익성은 낮은 농업을 기피하고 도시로 일자리를 찾아 떠나는 사람들이 많아졌기 때문이죠.

■ 농업문제 해결사는 바로 스마트농업!

농가인구감소와 고령화로 노동집약적 농업은 한계에 도달했고, 최악의 폭염, 기록적인 장마, 치명적인 태풍과 한파 등 급속한 기후변화로 인해 농업은 총체적 위기상황에 직면했습니다. 이러한 상황을 해결해줄 열쇠가 바로 스마트농업입니다. '스마트농업'은 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능(AI) 등 첨단기술과 정보통신기술(ICT)을 농업에 활용함으로써 농산물의 품질과 생산효율을 높이고 농가인구감소, 기후변화에 따른 기상이변 등의 농업문제를 해결하는 첨단 디지털기술 기반 농업시스템입니다. ​ 이번 베네핏레터는 농가인구 감소 대응과 농가수익구조 개선에 효과적이고, 미래 농업인구의 확대와 식량주권 확립의 기틀을 마련하게 될 스마트농업의 현황과 사례를 알아보겠습니다. ​

최근 시간과 장소에 구애 없이 농장의 온도와 습도, 작물상태를 최적의 환경으로 관리해 주는 ‘스마트팜’의 모습을 쉽게 찾아볼 수 있는데요. 스마트팜은 정보통신기술(ICT)을 비닐하우스, 축사, 과수원 운영에 접목하여 원격으로 작물과 가축의 생육환경을 최적으로 제어하는 자동화된 농장 시스템입니다. 즉, 사물인터넷(IoT) 인공지능 기술로 농장과 축사의 온도와 습도, 일조량, 이산화탄소 등을 측정하고 그 결과에 따라 제어장치를 작동해 최적의 환경을 자동으로 유지합니다. 휴대폰이나 PC로도 실시간 원격관리가 가능하여 직접 가지 않아도 농축산물의 품질과 생산성 향상은 물론 경영비용 또한 낮출 수 있어 농가소득 증대에 큰 기여를 하고 있습니다. 

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스마트팜 개념도 (출처 : 삼성반도체 / 수정 : 이노핏파트너스)

■ 디지털시대에 소는 누가 키우나요? 빅데이터와 AI에게 맡기세요!

충남 당진시 석문면 ‘성훈목장’은 스마트팜 모범사례 중 하나입니다. 성훈목장은 디지털 기술과 정보통신기술(ICT)을 통해 소가 가장 편안한 축사의 온도, 습도, 물의 온도 등을 유지하고 원격으로 관리합니다. 소의 귀에 부착한 센서를 통해 수집된 가축의 생체정보 데이터를 스마트폰이나 PC를 통해 실시간으로 전송 받아 소의 발정기와 수정기를 예측하여 수태율을 향상시키는 것은 물론, 각 가축들의 건강상태를 항상 체크할 수 있어 각종 질병을 사전에 예방하고 관리할 수 있습니다. 
뿐만 아니라 개체 별 운동량, 체온, 반추, 섭취 등의 정보를 통해 소들의 건강관리도 가능하다고 하는데요. 이로 인해 질병으로 도태되는 소가 현저히 줄면서 관리비용과 노동력은 절감되고 원유생산량은 증가했다고 합니다. 더불어 농가의 소득향상에도 큰 도움을 주고 있다고 합니다. 이외에도 소꼬리 센서, 발찌, 위장 캡슐 등 여러 스마트 축산 시스템들이 개발되어 '커넥티드 카우'들이 등장하고 있답니다.

스마트 축산 시스템 '커넥티드 카우' (출처 : 매일경제)

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■ 스마트팜으로 딸기 품질은 UP하고 생산량은 MAX로!

스마트팜 청년창업 보육센터교육 1기 출신인 오성일 대표는 여주에 있는 ‘피크니코’ 라는 스마트팜에서 딸기농장과 농장체험장을 운영하고 있습니다. 피크니코에는 농장 곳곳에 센서가 있어 온도, 습도, 이산화탄소 등 생육에 중요한 데이터를 컴퓨터에 수집합니다. 수집한 데이터를 분석하여 빛의 양과 온도, 비료성분 등을 원격제어로 조절하여 제공하는 시스템을 갖추고 있습니다. 이를 통해 딸기 재배의 최적환경을 만들고 높은 품질의 딸기 수확을 최대로 할 수 있게 합니다. 약600평 농장에서 봄 하루 평균 80kg의 딸기를 수확할 수 있고, 자동화 덕분에 여유로워진 시간에는 아이들 대상으로 딸기농장 체험프로그램을 운영하며 간단한 수업도 진행하고 있다고 합니다.

온도.. 습도.. 공기까지 완벽한 스마트팜! (영상)

스마트팜으로 어떻게 품질과 생산성을 높일 수 있을까요? (영상)

■ 더 이상 감으로 실패할 수 없다. AI로 예측하고 생산량도 올립니다

지난 베네핏레터 22호에서 소개드렸던 '주요 농산물 가격예측 시스템'은 농가의 소득증대에 큰 도움을 주고 있습니다. 빅데이터를 활용한 주요 농산물의 가격 예측을 통해 농민들의 안정적인 소득을 지원하기 위해 개발되었던 예측 시스템, 기억나시죠? 이외에도 데이터분석을 통한 다양한 예측시스템이 널리 사용되고 있는데요.
전북 완주에 있는 한 토마토 농장은 빅데이터를 수집, 분석해서 작물의 생육 시기별 최적의 환경값을 찾아 AI가 토마토 생육에 최적인 빛, 온도, 습도, 이산화탄소 등을 유지했습니다. 이렇게 했더니 토마토 생산량이 78%나 늘었습니다. 반면에 노동력은 절반 이상 줄었고, 에너지는 40%이상 절감됐습니다.


AI가 농사짓는 시대? (영상)

■ 아마 빅데이터가 전염병 백신보다 나을지도 몰라요

최근 3년전 전국을 휩쓸었던 조류인플루엔자가 다시 기승을 부려 지금까지 235개 농장에서 오리와 닭 등 1239만 3천여 마리가 살처분 됐습니다. 이런 가운데 가축의 전영병 방지를 위한 대안으로 빅데이터와 로봇, 정보통신기술(ICT) 등을 결합한 스마트축산이 떠오르고 있습니다. 가축전염병을 줄이려면 바이러스 등을 사전에 차단할 수 있도록 농장환경과 위생을 철저히 관리해야 하며 가축과 사람과의 접촉을 줄여야 하기 때문입니다. 

충북농업기술원은 농업진흥청의 도움을 받아 충북지역 농장 10곳에서 스마트축산 시법사업을 진행 중인데요. 영동의 닭농장 등 4곳에는 농장안전 지킴이시스템을 설치하여 축사내의 CCTV를 통해 축사의 환경을 살피고, 먹이공급 및 가축의 활동 등을 실시간으로 관찰합니다. 또한 생체정보관리 시스템을 활용해 가축의 체온, 활동량, 질병, 임신과 분만 등을 미리 예측하여 관리하고 있습니다. 보은군의 한 스마트축산 농가는 가축 개체별 정밀 사양 데이터 관리로 암소의 평균 공태일(비임신 기간)이 60일에서 45일로 단축됐고, 10%나 되던 송아지 폐사율도 절반으로 줄였습니다. 충북농업기술원은 빅데이터 기반의 스마트축산 시범사업 운영으로 농가의 편의성 향상 뿐 아니라 농가소득이 10%이상 향상되었다고 밝혔는데요, 이정도면 똑똑한 목장이라고 해도 충분하겠죠?

스마트폰으로 관리하는 스마트축산 (출처 : 스마트에프엔)

■ 요즘 지하철역에서는 채소도 키운대요!

서울시와 서울교통공사는 지난 2019년부터 지하철 역사 내에 '메트로팜'을 설치하고 있는데요. 메트로팜은 국내 최초로 지하철역에 설치한 스마트팜으로 첨단 디지털 기술을 통해 1년 내내햇빛 없이도 식물 성장에 필요한 빛, 온도, 습도, 양분 등 최적의 환경을 제공하고 로봇 트레이가 파종부터 수확까지 모든 과정을 자동적으로 맡아서 하는 밀폐형 재배 시스템입니다. 실내에서 여러 층의 선반을 수직으로 쌓아 올려 재배하는 방식으로 자연광 없이도 채소를 가꿀 수 있고 미세먼지 등 오염물질 없는 청정채소를 24시간 연중 재배가 가능합니다. 따라서 기후와 상관없이 농작물 재배가 가능하고 제초제나 농약없이 친환경채소를 홍수나 가뭄 등 자연재해 걱정 없이 일정한 생산이 가능해 미래형 농업시스템으로 기대를 모으고 있습니다. 
메트로팜은 5호선 답십리역, 7호선 상도역, 1호선 천왕역, 2호선 충정로역, 을지로3가역 등 총5개 지하철역에서 만나 볼 수 있습니다.(2020년 10월 기준) 각 지점마다 카페나 자판기가 마련되어 있어 원하는 채소를 즉석에서 구입하여 먹을 수 있고 체험 프로그램도 진행하고 있다고 하네요.

서울 지하철 7호선 상도역 '메트로팜' (영상)

■ 주말농장말고 아파트에서 채소 길러 먹을래요!

현대건설은 최근 건강에 대한 소비자들의 관심이 급증하는 상황에 대응하기 위해 아파트 단지 내에서 상추, 케일, 로메인 등 엽채류 채소를 재배할 수 있는 스마트팜 'H클린팜'을 선보였습니다. 
H클린팜은 강화유리로 외부와 완벽하게 차단된 재배실을 갖추고 LED조명이 설치된 스마트팜 시스템으로 미세먼지 등 오염물질 없는 친환경 작물재배가 가능합니다. 빛, 온도, 습도 등 식물 생육에 필요한 환경요소를 인공지능(AI)으로 제어하는 밀폐형 재배시스템이 갖춰져 있기 때문입니다.
최적화된 내부 온도와 습도 조절을 돕는 항온항습실, 채소를 수확해서 먹을 수 있도록 돕는 준비실, 그리고 어린이 현장학습이 가능한 체험교육실 등을 갖추고 있는 H클린팜은 단지 내 입주민 누구나 이용할 수 있습니다. 현대건설은 현재 H클린팜의 최적화를 위해 시범운영 중이며 향후 분양하는 디에이치, 힐스테이트 단지에 선택적으로 제공할 예정이라고 합니다. 앞으로는 주말농장 갈 시간 아껴서 영화 한 편 볼 수 있겠네요!

H클린팜 (출처 : 현대건설)

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■ 잘 익은 것만 딱! 골라서 따주는 수확로봇

농작물을 수확하는 로봇은 농업인구가 급격히 줄어들고 고령화되는 상황에서 가장 많이 연구되는 분야입니다. 로봇은 지치지 않고 24시간 작업이 가능하여 일손을 줄일 수 있으므로 작업속도가 느려도 상용화가 가능하죠.
벨기에의 수확로봇 '루비온(Rubion)'은 사람이 하루 평균 수확할 수 있는 50Kg 딸기를 집게손가락으로 하루 360Kg를 수확합니다. 루비온은 딸기에서 반사된 빛을 감지해서 얼마나 익었는지 판단하여 잘 익은 딸기만 골라서 딸 수 있습니다. 딸기 뿐 아니라 방울토마토와 파프리카를 수확하는 로봇도 있다고 합니다. 부족한 농사 일손, 이제는 로봇이 그 빈자리를 채워나가고 있네요.

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딸기 로봇 '루비온' (출처 : Robotics Research)

■ 로봇이 못 할게 뭐가 있나요? 풀도 주고 우유도 짜고 다 해요

낙농 선진국인 네델란드의 농축산 장비업체인 렐리(Lely)는 목장 자동화를 위해 신선한 풀을 직접 베고 소들에게 전달하는 로봇 '엑소스(Exos)'을 개발했습니다. 엑소스는 사전에 입력된 명령에 따라 풀밭에 나가 풀을 베어 적재함에 실고 소들이 있는 축사로 옮겨와 풀을 소들에게 나눠줍니다. 소에게 풀을 주는 시간과 분배량은 최적의 조건에 맞춰 사전에 조정된 명령에 따라 자동으로 조절됩니다. 
특히, 젖소를 사육하는 농가들의 가장 큰일 중 하나인 착유작업도 로봇이 대신해줍니다. 젖소들은 젖을 짤 시간이 되면 자동으로 로봇착유기로 유인되어 사람대신 로봇이 젖을 짭니다. 로봇은 젖을 남김없이 완전히 짜주기 때문에 유방염 등 질병예방에 효과적인 것은 물론 노동력도 획기적으로 줄일 수 있다고 합니다.

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나혼자 풀을 베고, 나혼자 풀도 나눠주는 '엑소스' 로봇 (영상)

■ 누가 요즘 물 뿌리개로 물 주나요? 스마트폰으로 주세요!

더운 여름날 땡볕 아래서 땀 흘리며 고생하지 않아도 농사를 지을 수 있는 시대가 됐습니다. 직접 논이나 밭에 나가지 않고서도 스마트폰으로 토양상태를 확인 하고, 앱으로 밭에 물 뿌릴 시간을 입력할 수 있기 때문이죠. 드론을 통해 병충해 상태를 파악하며 알아서 농약을 살포하는 것도 일상화가 되어 가고 있답니다.

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스마트폰을 이용한 자동관개시설 (출처 : 문화일보)

■ 못자리, 드론파종으로 한번에

농촌인구의 급속한 감소와 함께 올해 65세 이상 농촌인구가 40.7%로 초고령사회에 진입했습니다. 농업진흥청은 이러한 농촌일손 부족문제를 해소하고 농업의 디지털 전환을 위해 농업용 드론을 지난해 하반기 기준 1500여대를 보급했습니다. 드론은 현장 적용성이 높아 파종, 방제, 작황예측 등에 매우 효율적입니다. 
드론파종은 빅데이터를 이용해 농지규모에 맞게 볍씨 파종량을 계산하여 파종하므로 규모가 작은 논에서도 세밀한 파종이 가능합니다. 따로 못자리가 필요하지 않기 때문에 상자모 구입비와 이앙대행비 등 생산비를 85% 절감할 수 있고, 통상 2-3명이 1시간 30분 소요되는 작업량을 드론으로 심는 경우 1명이 15분 정도면 쉽게 마칠 수 있습니다. 

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볍씨를 파종하는 드론 (출처 : 전자신문)

■ 드론으로 농약도 빠르고 고르게 뿌릴 수 있어요!

논밭에 농약과 살충제를 살포하는 ‘방제드론’은 드론의 다양한 적용분야 중 가장 먼저 상용화에 성공한 분야입니다. 일반적으로 작업자 혼자 1ha 크기의 논에 농약을 뿌리는 데 3-4시간이 걸리는 반면 방제드론을 활용하면 10분이면 충분합니다. 이렇게 높은 효율성 때문에 우리나라 전체 논 면적의 25%(2020.6 기준)를 드론방제 작업이 적용되고 있습니다. 

방제드론은 클라우드 기술 기반 지능형 작업관리 시스템의 개발로 한층 더 똑똑해진 농약살포 작업이 가능해졌는데요. 기존의 드론방제 작업은 드론 자격증을 보유한 조종사가 직접 드론의 비행경로를 확인하면서 논밭에 농약을 뿌렸습니다. 그래서 드론 조종사가 해당 지형을 정확하게 파악하지 못한 경우 드론의 이착륙 시간이 길어지고 주변의 전선이나 나무, 비닐하우스 등과 충돌하는 경우가 많았습니다. 뿐만 아니라 이미 농약살포가 끝난 지역에 중복 살포하거나 누락하는 경우도 자주 생겼습니다. 

클라우드 기술기반 지능형 작업관리 시스템 드론은 사용자가 온라인 위성지도 상에서 원하는 방제구획을 지정하면 충돌·추락방지를 위한 장애물 인식기능이 탑재된 드론이 스스로 최적의 비행경로를 설정, 살포하는 자율주행 방제 자동화가 가능합니다. 따라서 약제의 고른 분사 뿐 아니라 방제의 중복과 누락도 발생하지 않으며 해당지역을 자세히 숙지하지 않아도 효율적이고 안전한 방제작업이 가능합니다. 또한 드론의 이동경로와 높이, 속도, 약제의 방제량과 방제 범위 등 각종 정보가 서버에 실시간 입력되어, 언제 어디서나 사용자가 원하는 방제관련 정보 파악이 가능합니다. 

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자율주행 방제드론 (출처 : Adobestock, 이웃집과학자)

■ 걷는 놈 위에 나는 드론 있다. 하늘에서 작물 상태까지 진단하는 드론

국제열대농업센터와 생물다양성연구소는 드론으로 촬영한 이미지 분석을 통해 실시간으로 작물의 건강 상태를 알 수 있는 자동 이미지 분석 소프트웨어와 머신러닝 플랫폼을 개발했습니다. 이 플랫폼은 재배지 상공에서 드론이 촬영한 고화질의 이미지 수천 장을 통합해 머신러닝으로 분석한 후, 해당 작물의 미세한 변화까지 포착해서 겉으로는 알아차리기 어려운 뿌리작물의 건강상태까지 실시간으로 진단할 수 있습니다. 농부들은 이 분석결과를 바탕으로 작물에 필요한 물 또는 영양을 파악하고 신속하게 급수나 비료 살포와 같은 조치를 취한다고 합니다.

| 큐레이터 / 이노핏파트너스 이혜숙 전문교수
| 글 정리 / 이노핏파트너스 마케팅팀

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