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[전문가 기고] 농업기술의 환경변화와 추진과제 - 스마트파밍- 김기석 서울대학교 바이오시스템공학과 교수
농업기술의 환경변화와 추진과제 - 스마트파밍
- 김기석 서울대학교 바이오시스템공학과 교수
 

 

“노지농업 첨단화를 위한 농업로봇 개발부족”

농업위성·무인이동체 원천기술 부족·국내 드론시장은 중국이 장악
드론·농업로봇·자율주행 등 노지농업 첨단화 위한 기술개발 힘써야

 

스마트파밍이라 함은 ICT, 인공지능 등 첨단 과학기술을 접목해 농작업의 자동화·지능화를 구현하는 생산기술로 이해할 수 있으며, 구체적으로는 다양한 기술과 적용분야에 따라 분류될 수 있으나 여기서는 농업위성·무인이동체 기반 작황평가, 농업로봇, 자율주행 트랙터 등 노지농업의 첨단화를 위한 스마트파밍에 대해 살펴본다.

 

농업위성·무인이동체 기술은 정밀 작황평가를 통한 농산물 수급예측, 정밀 농작업 수행과 농업데이터 확보 등을 위해 필요한 핵심기술로 알려져 있지만 관련된 원천기술은 많은 부분에 있어 아직까지는 해외기술에 크게 의존하고 있어 최적화된 정보의 생산은 부족한 것이 현실이다. 현재는 아리랑위성 등 국내·외 위성들과 국내의 농업용 드론을 활용한 정보의 생산이 이뤄지고 있으나 해외기술과의 간극은 여전히 존재하고 있다. 또한 항공(위성, 드론) 농업 영상데이터의 표준화된 획득을 위한 지침 및 빅데이터화를 위한 체계화된 축적시스템도 미흡한 것이 현실이다.

과학기술정보통신부는 2019년부터 원격탐사를 이용한 국내외 작황평가 및 예측, 농업환경 계측, 농업재해 평가 등을 위한 농업위성 기술개발을 수행하고 있으며, 2023년까지 광역 농림상황 관측을 위한 차세대 중형위성 4호를 발사할 계획을 가지고 있다.

 

무인이동체의 경우에는 드론을 이용한 정밀 센싱기술 및 인공신경망 기반의 분석기술을 적용해 농업위성을 통한 영상정보에 비해 좀 더 정밀하게 농업정보를 획득할 수 있으며, 작물 재배면적 추정, 재배관리 지도작성 등과 같은 진단기술뿐만 아니라 드론을 이용한 농약살포 등과 같은 정밀 농작업기술에 적용되고 있다. 드론을 활용한 정밀 농작업기술은 표준방제, 파종과 시비기술로 발전되고 있을 뿐만 아니라 머지않아 과수작물의 수확, 작물의 질병 및 상태(관개시기, 적정 재배환경과 화상병 예찰 등)에 대한 정밀진단을 통한 재배관리 시스템으로 조만간 활용될 수 있을 것으로 예상되고 있다.

시장조사 전문기관인 Markets and markets에 따르면 전 세계 농업용 드론 시장규모는 연평균 성장률 30.19%로 증가해 2015년 6억8380만 달러에서 2022년에는 42억920만 달러 규모로 급증할 것으로 전망하고 있으며, 국내 관련업계의 분석에 의하면, 국내 드론시장 중 중국기업이 차지하는 비중은 약 90%에 이르고, 한국기업이 차지하는 비중은 5% 미만인 것으로 분석되고 있다. 아직까지 DJI社와 같은 해외제품에 비해 한국기업의 기술부족에 따른 시장경쟁력은 부족한 것이 현실이다. 농업용 무인기의 80%는 일본제품, 취미용 무인기 시장의 50% 이상은 중국제품이 차지하고 있다. 가격은 중국, 기술력은 미국·유럽·일본에 열세이다.

무인항공기를 활용한 스마트파밍을 현실화시키기 위해서는 다양한 기술적인 보완이 필요하겠지만 무인항공기의 체공시간 한계를 극복하고 안전한 농작업 수행을 위한 통신기술이 필요하다. 드론의 체공시간은 최대 30분 내외로서 이러한 문제는 국내외 거의 모든 제품에 해당되는 기술적인 한계로 인식되고 있으며 이러한 체공시간의 한계를 극복하기 위해서는 초경량 기체 설계 및 제작, 프로펠러의 효율증대 기술개발, 배터리 직접밀도 향상과 태양광 추진 에너지 연구개발 또는 복합 에너지원을 이용하는 하이브리드 추진 시스템 개발과 같은 분야에 있어 경쟁력을 갖출 필요가 있다.

 
 

농업로봇, 자율주행 트랙터 등과 같은 노지농업 첨단화를 위한 스마트파밍 기술은 무인화와 자동화를 위한 센싱, 인공지능기술과 농업로봇 기술의 개발에 많은 역량이 모아지고 있다. 하지만 아직까지 이러한 첨단농업을 위한 과학기술은 시설농업 위주의 스마트팜 핵심 요소기술로서 개발되고 있으며 노지작물 또는 노지농업을 위한 환경·생육 계측장비 및 농업로봇 개발은 부족한 것이 현실이다. 2017년 기준으로 채소 생산량은 854만8000톤이었으며, 이중 노지 생산량은 70%를 차지하는 599만톤인 것으로 분석됐다. 특히 연구개발중인 농업로봇의 경우에도 특정한 작물과 농작업에 한정된 로봇기술들이 개발되고 있으며 이마저도 부처별 경쟁적인 추진으로 인해 중복성과 산발적인 연구수행으로 인해 효과적인 대응이 부족한 아쉬움이 있는 것이 현실이다.

2020년 과학기술정보통신부의 조사에 의하면, 세계 농업로봇 시장규모는 2013년 9억5600만 달러에서 2020년 191억900만 달러로 평가되며, 연평균 55% 성장한 것으로 분석하고 있다. 이에 따라 국내에서도 노지농업의 첨단화를 위해 토양, 작물, 환경 등을 정밀하게 측정하기 위한 스마트 센싱기술과 이를 통한 첨단 농작업을 구현할 농업로봇 기술개발사업이 범부처사업으로 추진되고 있다.

 

노지 스마트팜 또는 노지 스마트파밍은 노지농업 생산의 전(全)주기 즉, 파종에서부터 수확과 출하에 이르는 과정에서의 데이터의 수집·가공·분석·활용체계를 확립하고, 이를 활용해 디지털 영농기술과 솔루션 등을 구축·활용하는 것으로서 기존의 토지, 자본, 노동중심의 관행농업의 형태에서 데이터·첨단기술을 영농에 활용해 생산성, 경제성, 접근성 등을 개선하는 미래농업의 형태를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

시설원예와 축산을 대상으로 하는 스마트팜의 경우, 그 개발과 활용시기 및 적용기술에 따라 1세대에서 3세대로 분류하고 있으며, 현재는 빅데이터, 인공지능, 사물인터넷 등 지능정보기술을 활용하는 초보적인 데이터기반 스마트팜 모델인 2세대를 지나 지능정보기술+로봇+신재생에너지 기술 등 첨단기술 간 융합을 통한 완전 무인·자동화된 모델로서 정의되는 3세대 스마트팜이 진행되고 있다. 3세대 스마트팜의 핵심정보로는 환경정보, 생육정보와 생산정보로서 이를 위한 핵심기술로는 통신기술, 로봇기술과 빅데이터·인공지능을 들 수 있다.

 

노지스마트팜 또는 스마트파밍의 경우 노지농업의 디지털 전환을 위한 데이터와 첨단기술의 융복합을 목표로 범부처 사업으로 몇 가지 분야에 대한 연구사업이 추진되고 있다.

그중 ‘자율주행 기반 농작업 첨단화’ 분야는 스마트농업 구현의 주요 수단 중 하나인 자율주행 농기계의 상용화를 위한 핵심기술과 핵심부품의 확보 및 국산화를 목표로 하고 있으며, 이를 위해 자율주행 기반기술, 자율주행 농기계의 주요 구성요소(소·부·장), 자율주행 기반 농작업 플랫폼 및 탑재용 모듈 개발을 목적으로 하고 있다. 또한, ‘농업용 로봇기술 개발과 현장 보급’ 분야는 노지 농업생산 현장의 영농효율성 제고를 위해 제초, 농작물 수확과 이송 등 노동력 고의존성 농작업 대체용 로봇 상용화 기술개발을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 농업현장에서 노동력을 대체, 또는 보조할 수 있는 농작업 로봇의 단기 고도화 및 상용화를 위한 기술개발을 목적으로 하고 있다.

그 밖에도 ‘데이터기반 정밀 생육관리 기술개발’, ‘무인기 영상 빅데이터 기반 스마트영농 솔루션개발’과 같은 분야에 대해 노지 스마트파밍의 기술개발에 대한 다부처 차원의 연구사업의 기획이 추진되고 있다. 이러한 노지스마트파밍 사업이 이뤄진다면 노지농업의 원천·핵심기술들이 개발되는 것은 물론 표준화 및 데이터 통합활용 기반구축을 통해 농업의 생산성향상, 식량자급률 개선 및 데이터연계 기반의 선도기술들이 개발될 수 있을 것이다.

우리나라의 농업은 현재 아쉽게도 지속가능성이 위협받고 있는 상황이다. 하지만, 농업은 국민의 먹거리와 직결되어있는 매우 중요한 산업이며 국가경쟁력이 반드시 필요한 산업이다. 농업의 노동력은 매년 고령화되어가고 있으며, 이마저도 노동력 부족으로 인해 어려움을 겪고 있는 처지이기도 하다. 노지 디지털농업 분야의 기술고도화(무인화·자동화·데이터화) 및 실증을 위한 국가차원의 다부처사업이 조속히 이뤄진다면 이렇듯 위협받고 있는 한국농업이 첨단산업으로 도약할 수 있는 중요한 디딤판이 될 것이며, 청년농업자의 유입과 새로운 일자리를 창출할 수 있는 산업으로 크게 기여할 수 있을 것이라 확신한다.

농축산기계신문  webmaster@alnews.co.kr

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