[귀농귀촌] 노지 스마트팜 주요기술 - 인공지능 및 로봇

[귀농귀촌] 노지 스마트팜 주요기술 - 인공지능 및 로봇

 

 

인공지능

인공지능(Artificial Intelligence: AI)은 지능이 없는 기계에 사람처럼 지능을 갖게 하는 것이다. 인공지능 전문가는 사람만이 가지고 있는 특징을 이해하고, 이를 바탕으로 컴퓨터와 로봇 등이 사람처럼 생각하여, 결정을 내리도록 하는 기술을 개발한
다. 인공지능기술은 사람의 인지(보기・듣기・읽기), 학습(반복 학습을 통해 지식을 고도화), 추론(학습된 지능에 기반하여 인지된 환경에 대한 추론 및 예측) 등을 컴퓨터 기술을 이용하여 구현함으로써 문제를 해결하는 기술이다. 인공지능과 사물인터넷을 기반으로 한 무인(Unmanned) 기술은 우리의 일상적인 삶 곳곳으로 확산하고 있다. 무인 기술은 사람의 노동력을 최소화하고, 비용을 줄이며, 새로운 서비스를 제공하는 등 혁신의 시대를 개척하고 있다.

미국 블루리버 테크놀로지(Blue River Technology Inc.)사는 트랙터에 기계학습 엔진을 탑재한 잡초 제거 로봇인 레투스봇(LettuceBot)을 개발하였다. 트랙터에 부착한 레투스봇은 실시간으로 식물을 스캔한 후 상추와 잡초를 구별하여 최소량의 제초제 주입만으로 잡초를 성공적으로 제거하였고, 그로 인해 제초제 사용도 90% 절감하였다. 또한 존 디어사(2017년에 블루리버 테크놀로지사를 인수)의 씨앤스프레이(See & Spray)는 목화밭 4,000m²에 제초제 95L 살포하던 것을 인공지능으로 목화와 잡초를 인식해서 잡초에만 제초제를 뿌림에 따라 제초제가 7.5L만 사용되었다.
즉, 제초제를 92% 줄이는 효과를 거두었다.

미국 인디고 애그리컬쳐(Indigo Agriculture)사에서 개발한 인디고 아틀라스 플랫폼은 AI 기반 위성 이미지 분석을 통해 실시간으로 전 세계 작물 건강 및 토양환경 상태를 파악하여 작물 건강지수(CHI)를 생성하고, 날씨・원격 데이터에 기계학습을 적용하여 다양한 날씨 패턴을 추적한다. 과거 데이터와 비교하여 당해연도 곡물 수확량 또는 생산량을 예측한다. 펜실베이니아대학은 질병 26종에 감염된 작물 14종을 이용하여 사진으로 질병 여부를 판단하는 인공지능 애플리케이션(App)을 개발하였다. 컴퓨터에 5만 개 이상의 이미지를 올려 학습시킨 인공지능은 새로 판별해야 할 잎 이미지 중 99% 정확도로 건강 여부를 식별하였고, 농민이 병에 걸린 작물 사진을 올리면 질병 원인을 판단하여 처방할 수 있도록 했다. 가축의 행동 패턴을 모니터링 분석하여 조기에 질병을 치료하거나 임신 성공률을 높이는 사례도 있다.

 농업용 로봇

로봇은 인간을 모방하여 외부 환경을 인식(Sense)하여 상황을 판단(Think)하고 자율적으로 동작(Act)하는 기계이다. 이를테면 “사람과 같은 기능을 가진 기계를 로봇”이라고 말할 수 있다. 로봇은 크게 산업용 로봇과 비산업용 로봇으로 분류되고, 비 산업용 로봇은 서비스 로봇으로 분류되기도 한다. 농업 로봇은 농업에 사용되는 로봇 으로 작물생육이나 가축 사양의 환경에 대한 모니터링에서부터 이식, 제초, 방제, 살포, 수확, 착유 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 농업 로봇은 농작업의 기계화에서 반 자율형 로봇을 거쳐 완전 자율형 로봇으로 이어지고 있다.

로봇은 크게 센서부, 지능・제어부, 구동・구조부로 구성된다. 센서부는 사람의 감각기관에 해당하고, GPS・카메라 등 각종 센서를 이용하여 외부 환경 정보를 얻고, 로봇 내부의 작동상태 정보 또한 검출한다. 지능・제어부는 사람의 두뇌와 신경망에 해당하고, 사용자가 원하는 설정(목표)값과 센서를 통해 얻은 정보(측정)값을 비교하여

설정값에 도달하도록 기계를 제어한다. 그리고 구동・구조부는 사람의 근육과 골격에 해당하고, 지능・제어부의 명령에 따라 모터 등의 작동장치(actuator)와 팔(arm), 핸드 툴(hand tools), 이동 기구와 같은 동력 전달 기구로 원하는 동작을 이행한다.

① 노지농업 로봇: 트랙터, 콤바인 등 전통 농기계와 첨단 로봇 기술이 융합된 지능형 농기계로 진화하고 있다. 대규모 면적의 파종·수확·운반 작업 등을 수행하므로 대형 로봇이 많고, 노지(露地, open field)의 특성상 자연환경에 노출되므로 내구성이 필요하다.

② 시설농업 로봇: 소규모 면적의 유리온실, 비닐하우스 등에서 고부가 작물을 대상으로 파종·정식·관리·수확·운반 작업을 수행한다. 소형 로봇이 많고, 노지농업 로봇보다 연중 이용 시간이 길어 경제성이 높다.

③ 축산 로봇: 착유·포유·급이 작업 등 가축 사양(飼養) 관리뿐만 아니라 축사 청소, 분뇨처리 등 사육환경 개선 분야에서 활용 중이다. 1990년대 초부터 착유 로봇이 사용되었고, 이는 우유 생산에서 관리까지 전 과정을 자동화하여 시간과 노동력을 크게 절감하였다.

노지농업 로봇은 넓은 논과 밭을 적은 인원으로 관리하므로 농가의 노동력 부족을 해소하고, 농가의 경영규모 확대와 생산비 감소에 효과가 높다. RTK-GPS²⁾에 의해 정확한 위치를 실시간으로 측정하여 작업하므로 야간에도 작업할 수 있다. 경운정지, 비료 살포, 농약 방제작업을 할 때 중복 작업과 빠진 곳 없이 정밀한 작업이 가능 하다. 더구나 노지농업 로봇은 트랙터, 콤바인 등 전통 농기계와 로봇 기술의 융합을 통해 새로운 로봇 농기계 형태로 진화해 가고 있다. 과채류 수확 로봇의 경우, 수확 팔(arm)에 숙도(익은 정도)나 당도 센서를 부착하면 잘 익고 당도 높은 과채류만을 골라서 수확할 수 있다. 이는 수확 작업을 생력화・효율화할 뿐만 아니라 과채류에 대한 엄격한 품질평가로 부가가치를 높이고, 재배관리 단계의 문제점을 파악하여 이를 개선 하는 데도 활용할 수 있다.