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일반적으로는 산업자동화(‘인더스터리4.0’)와 같이 자동차분야의 기술이 주요 혁신 요소로 세간에 회자된다. 물론 잘못된 사실은 아니지만, 모바일(mobile) 농기계 또한 이와 마찬가지로 스스로 탐색하고 커뮤니케이션을 하면서 작동하고 있다! 결과적으로 현재 몇 가지 농업기술은 혁신적으로 시대를 개척하는 선구자 역할을 수행하고 있다. 또 오늘날 농업에서 디지털 변화의 핵심은 현재와 미래의 생태적, 경제적, 사회적 과제에 대해 지속가능한 해결책을 찾는 사람을 지원하는 도구로써 스마트기술을 구현하는 것이다.

즉 신뢰할 수 있는 기술로 지원되는 지식을 전달하는 것이 주요 목표인데, 이는 잡초방제의 예를 통해 설명할 수 있다. 이미지시스템을 사용하고 해당 데이터를 해석함으로써 잡초의 종류와 위치에 대한 지식을 얻을 수 있고 이 결과는 액추에이터 제어에 사용된다. 기계식 액추에이터를 사용하면 이러한 공정은 가장 높은 생태학적 이익을 창출할 수 있고, 이는 농작물을 재배하는 농민과 작물간 간격의 사이를 제어함으로써 이미지 기반의 잡초방제 기술을 제공하기 위해 개발되어진 ‘로보크롭(Robocrop)’-Garford-에서 자세히 묘사되었다. 작물보호 패러다임 전환의 시작은 이미징과 기계식 작동 액추에이터의 조합으로 볼 수 있으며, 이제는 클라스Claas(‘CULTI CAM’) 또는 존디어John Deere(‘AutoTrac Implement Guidance’)와 같은 대기업의 ‘재래식’ 양식장에서 제공되고 있다.

지식은 우리가 이미 알고 있는 바와 같이 자원을 절약하고 품질을 향상시키며 환경에 대한 피해를 줄이면서 프로세스를 진행시킬 수 있다. 그러나 대다수의 경우, 고해상도 정보의 처리에 많은 시간이 걸리고 더욱이 사람과 함께하는 일은 더 높은 비용이 요구되기도 한다. 적어도 환경오염비용이 직접적으로 고려되지 않는 한 결과적으로 자동화 기술의 혁신적인 단계, 농업작업환경에서 고도로 자동화된 ‘자율적인’ 필드로봇의 구현은 지속가능한 농업을 위한 경제적 목표뿐만 아니라 생태적 목표에도 도달할 수 있도록 격차를 줄일 수 있다.

△ 필드 로봇의 핵심기술
발생된 지식은 기존에 존재하는 정보에 의해 뒷받침이 될 수 있다. 센서 시스템은 전류 또는 압력, 농업재료특성(씨앗, 비료, 제초제, 물, 작물), 환경변수(예: 토양, 장애물 또는 날씨)와 같은 기계 데이터를 측정하기 위한 핵심적인 로봇 구성요소이다. 센서 데이터 생성에서 정보는 서로 관련성이 높고 특히 먼지, 습기, 햇빛 또는 진동과 같은 다양한 ‘소음원’을 항상 고려해야 한다. 결론부터 말하자면 센서 데이터의 융합과 스마트 알고리즘의 구현은 신뢰할 수 있는 현장작업을 위한 중요한 요소이다. 측정의 복잡성이 요구되며 시간적, 공간적 정보의 필요성 때문에 이미징 센서 기술이 요구된다. 이미징 센서 기술은 아그리테크니카(Agritechnica)에서 지난 2015년과 올해 모두 5가지 분야의 혁신상에서 가장 주목되는 분야 중 하나이기도 했고, 올해 이와 관련해 5개의 혁신상이 수여되었다.

로봇솔루션의 또 다른 주요 기술은 데이터관리와 관련이 있으며, 이는 오늘날의 농업에서 이미 널리 알려진 사실이다. 서로 다른 종류들로 이뤄진 데이터 소스에 대한 접근방법(예를 들어 농기계, 공정 또는 기상 데이터)이 아직 완전히 해결되지는 않았지만, ‘DKE 데이터’라는 독일 신생 벤처기업(2014년 설립)이 개발한 ‘아그리라우터Agrirouter’(DKE)와 같이 데이터교류 플랫폼을 지향하는 비독점 솔루션이 이를 위해 진행 중이다. 저비용 기술이나 소비자 제품을 기반으로 하는 혁신적인 기술은 이미 농업인뿐만 아니라 로봇 발전에도 많은 이점을 줄 수 있음을 인식해야 하고, Bluetooth 및 Sigfox 연결(Fliegl, Pottinger) 또는 스마트폰(Farmdok)을 사용한 자동농업기록을 사용하는 저비용 통신 및 센서시스템이 바로 그 예다.

센서, 환경 및 상황의 큰 가변성은 현장실험만으로는 입증될 수 없기 때문에 시스템 통합 시뮬레이션은 필드로봇의 또 다른 중요한 기술이다. 게다가 소프트웨어를 실제 기계로 직접 전송할 수 있기에 시뮬레이션은 실용적인 솔루션에 중점을 두는 메인 주제가 되며 이 연구 분야에서 좋은 사례로 과수원을 위한 완벽한 디지털 필드 로봇인 ‘elWObot’이 있다.

△ 필드 로봇공학(Field Robotics), 자동화에서 대체 개념으로
자율시스템을 위한 새로운 프로세스를 설정하는 것은 작물생산의 전반적인 과정에 큰 영향을 주었고 인간의 역할은 원격제어 또는 프로세스 설정과 같은 다른 책임영역으로 이전되었다. 그러나 자율 및 비자율 시스템을 결합한 솔루션은 법안의 수용 측면뿐만 아니라 ‘자율성Autonomation’으로의 전환을 관리하는 것을 가능하도록 하였다. 로봇 차량의 설계에 대한 공정 분석의 함의는 예를 들어 차량의 크기 또는 기존 기계 또는 새 기계의 사용과 관련되어있다. 또 드론과 같은 무인 항공기는 더 이상 정찰 목적으로만 사용되지 않고 포도원의 작물 보호와 같은 저중량 공정에 적용될 수 있다.

새로운 디자인을 기반으로 한 자율적인 필드로봇의 연구 사례는 ‘보니롭BoniRob’(보쉬 Bosch, 아마조넨-베르케 Amazonen-Werke, 오스나브뤼크 대학교 응용과학 대학 University of Applied Sciences Osnabruck)이다. 이 사례에서 자율적인 필드 로봇의 여러 측면을 볼 수 있고, 여기에는 플랫폼을 위한 다양한 애플리케이션 모듈의 실현(‘App 개념’), 동일한 플랫폼을 기반으로 한 새로운 차량의 개념, 사람의 원격 작업자와 경제의 통합로봇 어플리케이션이 있다.

소형로봇스웜을 적용하기 위한 완벽한 시스템은 연구 프로젝트 ‘MARS’를 통해 펜트(Fendt) 가 개발했으며 현재 제품 ‘XAVER’가 생산되고 있다. 이 제품의 특징은 소규모 협력 로봇과 클라우드 기반 제어를 포함하고, 샘플로 운용되는 것은 옥수수파종이지만 이 개념은 광범위한 농업작업을 위해 확장돼 적용될 수 있다.

‘개별 작물 관리’의 타당성은 ‘XAVER’와 같은 제품을 포함해서 여러 연구 프로젝트에서 나타나고 이제 구현 단계에 도달하고 있다. 또 하나의 사례로 바이엘Bayer과 보쉬Bosch는 대규모의 최첨단 기계 장치에 구현된 장치를 통해 각각의 작물을 감지하고 다양하게 선택이 가능한 제초제(‘스마트 스프레잉 솔루션Smart Spraying Solution’)로 작물 보호에 적용할 수 있는 소형모듈을 공동으로 개발했다.

최근 운전자 캐빈을 재설계하는 것과 같은 수정 작업이 적용된 여러 트랙터의 자율성이 CNH와 같은 몇몇 회사에서 보여 지고 있지만 시스템 통합 솔루션 개념에는 추가적인 개발이 더 요구된다. 농장에서는 사료작업을 위해 몇 가지 작은 자율시스템이 특정한 작업을 위해 이미 제시되었다. 스트라우트만Strautmann은 기존의 기계를 기반으로 한 사료 섭취로부터 사료 분배에 이르기까지 완벽하게 자율적인 프로세스를 통해 새로운 옵션을 제시하였고 동일한 기계를 수동조작으로도 사용할 수 있다.

요약하자면 농작물 생산 분야의 현장 로봇은 연구에서 첫 번째 프로토 타입으로 전환되었고, 지난 수세기 동안 우리가 경험했던 단계적 자동화에 비교가 되지 않을 정도로 농업을 크게 변화시킬 것이다. 학제적 맥락에서 디지털 변환에 대한 추가적인 단계는 이 과정을 가속화할 것이다. 아직은 도전적이지만 스마트 필드 로봇 기술을 구현해 생태적, 경제적 및 사회적 측면과 관련한 지속 가능한 농업 부문을 창출할 수 있는 풍부한 가능성이 있다고 하겠다.

※ 본 원고는 독일농업협회(DLG)로부터 제공받았으며, 번역은 한독상공회의소의 협조로 이뤄졌습니다.