농업의 ‘新 르네상스’를 열다
농업의 ‘新 르네상스’를 열다
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  • 승인 2019.07.08 09:28
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1) 농업공학부

4차 산업혁명시대를 맞아 농업의 대표 후방산업으로 농기계 산업이 큰 주목을 받고 있다.
이에 본지는 창간 20주년을 기념해 ‘농업의 新 르네상스’를 열어 갈 농기계분야 주요 산·학·관·연의 면면을 자세히 살펴보려 한다.
국립농업과학원 농업공학부 이승기 부장은 “농공부는 농업을 누구나 편하게 일해보고 싶은 매력적인 산업으로 만들고, 소비자들에게는 보다 좋은 품질의 농산물을 공급할 수 있는 기술을 개발하는 국가농업연구기관”이라고 소개한다.

농업공학부
National Institute of Agricultural Sciences, RDA
Department of Agricultural Engineering

 


 

이승기 부장
이승기 부장

농업공학부는 농업 생산 작업의 자동화·로봇화 기술, 농가 경영 안정을 위한 에너지 절감 기술, 농산물 부가가치 향상을 위한 수확 후 품질관리 가공 유통 기계기술, 안정적 농업 인프라 구축을 위한 농업재해 예방 및 농업기계화 정책 기술을 개발하고 있다.
또 최근 이슈화되고 있는 스마트팜 기반기술, 농업 기계화율 제고를 위한 연구와 농업 농촌의 삶의 질 향상을 위한 농업인 안전보건기술 개발 및 재해통계 조사를 통해 농업인 안전재해 예방 연구를 수행하고 있다. 지난해 연구 성과를 중심으로 각 부서별 활약을 모아봤다. 

 

스마트팜개발과(김상철 과장)

농작업 자동화 등 ICT 융복합 기초기반기술 확보

한국형 스마트팜 프로젝트는 세계적 수준의 정보통신기술(ICT) 기술과 인프라를 보유하고 있는 우리나라 강점을 최대한 활용하고, 4차 산업혁명의 핵심 기술인 인공지능과 사물인터넷(loT), 빅데이터 분석과 클라우드 서비스 기술, 로봇과 자동화 기술을 융합해 농업에 접목한 미래 대응형 농업 시스템을 말한다. 
지난해 딥러닝 기반 토마토 생육 정보 측정 시스템을 구축해 온실 환경에 반응하는 식물체의 생장 변화, 꽃, 열매 등 생육 정보를 계량화했다. 또 잎·줄기 색과 모앙 변화 및 열매 변형 등 영상 정보를 학습시켜 토마토 병해충을 진단 및 분석하는 웹 서비스를 개발했다. 인공지능이 데이터와 영상정보를 통해 작물의 생육을 진단하고 의사결정을 도와주는 2세대 한국형 스마트팜 모델을 구축했다.

축산 사양 관리를 위한 송아지 자동 포유기 등 소 9종, 자동 급이기 등 돼지 8종, 음수 관리기 등 닭 8종 등 총 25종을 단체표준으로 등록했다. 온실 환경 계측 센서 13종, 환경제어 구동기 9종에 대해 스마트 온실 센서 및 구동기 국가 표준을 제정했다. 이를 통해 ICT 기기 호환성이 확보돼 유지 보수와 고장 수리에 대한 사후 관리 측면에서의 농가 애로점을 해결했다.
느타리버섯 정밀 재배를 위한 최적 생육 모델 개발을 위해 느타리버섯 원격 생육 환경 관리 및 제어 스마트팜 모델 3종을 개발했다. 지난해 실증 모델을 이용해 농업인, 유관기관 관계자 등을 대상으로 개발 기술에 대한 현장 연시회 및 ICT 활용 버섯 스마트 팜에 관한 심포지엄을 개최했다.

농작업의 자동화·로봇화 요소 기술로 과원 내 자율 주행 로봇 플랫폼을 개발하고 있다. 과원 내 안정적 주행 및 무인 작업을 위해 다양한 알고리즘을 기반으로 자율 항법 기술을 실계 중이며, 현재까지 500m 기준으로 0.05m 경로 오차, 1.99° 자세 오차로 나무 열 사이 경로 주행이 가능하다.

인공광 스마트 온실에서 케일, 토마토 잎·줄기 등 폐기 농업부산물 유래 유기 배양액을 제조하고 이를 수경 배양액으로 활용하는 연구를 수행하고 있다 인공광 조건에서 제조한 유기 배양액을 무기 배양액과 혼용한 후 엽채류를 재배하면서 작물 생육 및 배양액 내 무기성분 변화를 모니터링 한 결과, 100% 수입에 의존하고 있는 수경재배용 무기질 비료 중 NQ3-N 농도를 30% 이상 저감할 수 있으며, 폐배양액에 의한 환경부하 경감 및 유기배양액 혼용에 의한 무기성분의 부분적 대체효과가 기대되며, 적청백의 발광다이오드(LED)를 혼합 제어함으로써 관행의 형광등에 비해 적치마와 청치마 상추의 생체 중 3~5배, 청치마 상추의 엽수 10배 이상, 엽내 색소 합성 10% 이상 촉진하는 성과를 도출했다.

 

에너지환경공학과 (강금춘 과장)

신재생 에너지 이용연구 및 시설환경 최적화 기반 구축

가축 분뇨에서 직접 전기에너지 생산이 가능한 에너지 하베스팅(수확) 기술을 적용한 미생물 연료전지 기반기술을 확립했다. 미생물 연료전지의 단위 셀은 1V 이하의 저전압이 출력되지만 에너지 하베스팅 기술적용으로 전압 역전 현상과 낮은 전력 발생 문제를 해결해 실용화 가능성을 확보했다. 미생물 연료전지 중첩 시 병렬연결 후 직렬연결 시 전압 역전 현상을 최소화하고 전력관리 시스템(PMS)을 적용했다. 이를 통해 실용미생물연료전지 단위 셀의 중첩화에 따른 전압/전류를 향상시켜 출력 정격화, 균일화를 통해 중첩형 미생물 연료전지의 안정성을 확보했다.

온실 내 환경을 균일하게 함으로써 작물의 생육 증가, 고온기 온도강하, 에너지절감 등이 가능한 공기순환팬을 개발했다. 풍향가변형 공기순환팬은 운용목적에 따라 상방향, 중방향(수평), 하방향, 연속회전이 가능하며, 컨트롤러 운전을 3가지 모드(수동, 자동, 스마트)로 제어할 수 있어 사용자의 편이성을 높였다. 공기순환팬의 사용으로 하절기에는 온실 내 온도를 2~4℃ 감소할 수 있고, 동절기에는 난방에너지를 14.2% 절감할 수 있다.

농업시설 증가에 따라 시설단지의 지하수 고갈 및 오염, 생태계 문제 등이 크게 대두되고 있어 간척지 등 대규모 시설단지의 친환경적인 조성을 위한 방안을 마련했다. 원예시설은 논에 비해 지하수가 99%이상 손실되는 것으로 분석되었고 지표수 저장, 서식처 등 기능 증진을 위한 저류지, 습지 등 조성 방안을 도출해 시설단지의 친환경적 조성방안을 제안했다. 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해 여름철 냉방부하 저감을 위한 시설원예 설계방안을 제시했으며 단지 배치 효과를 분석한 결과 4℃ 온도 강화 효과가 있었다. 또 시설원예 단지의 투시조감도(4지역 16안)에 대한 이미지 평가를 통해 시설원예단지 시각적 경관개선방안을 제시했다.

클라우드 기반 2세대 한국형 스마트 팜 플랫폼 구축
클라우드 기반 2세대 한국형 스마트 팜 플랫폼 구축

수확후관리공학과(성제훈 과장)

농산물 수확후처리 기계기술 개발 및 품질 고급화로 부가가치 향상

건식 쌀가루의 산업화를 통해 쌀 소비 확대를 도모하기 위해 쌀을 물에 불리지 않고 바로 가루로 만들 수 있는 건식 쌀가루 분쇄 장치를 개발했다. 분쇄 장치의 성능은 규모별 사용이 가능하도록 2016년 60㎏/시간, 2017년 100㎏/시간, 2018년 200㎏/시간으로 했으며, 분쇄 비용(200㎏/시간)이 225원/㎏(기존 습식 500~700원/㎏)으로 습식제분에 비해 1/3 수준으로 낮게 나타났다.

수출용 딸기 주산지에서 선별인력을 구하는데 겪는 어려움을 해소하기 위해 수출용 딸기 전용 선별기를 개발했다. 기존 선별기의 ‘당도’ 및 ‘중량’ 기준 대신 ‘모양’과 ‘색상(숙도)’을 기준으로 해 시기별로 수출에 알맞은 딸기만을 골라낼 수 있다. 이 선별기를 쓰면 시간당 1만800개를 정확도 90%이상으로 선별할 수 있고, 필요한 선별인력도 기존 10~15명에서 5~7명으로 줄일 수 있다. 주산지(산청군)에서 딸기 수출 지원기술에 대해 현장평가회를 개최했으며, 조사결과 참석자들의 만족도는 90.5%로 나타났다. 또 참석자들은 대량으로 처리할 수 있는 딸기 선별시스템의 조속한 보급을 희망했다.

봄철 딸기 수출 시 빈번하게 발생하는 물러짐과 곰팡이 문제를 해결하기 위해 팰릿 단위로 MA 포장하는 기술을 개발했다. 15㎛두께의 나일론(PA) 필름과 30㎛두께의 공업용 랩(LLDPE)을 이용해 팰릿 단위로 기밀이 유지되는 포장 방법을 개발했다. 320㎏의 딸기를 포장한 경우 3~5월 유통환경 15℃, 20℃, 25℃일 때 지름 15, 20, 25㎜의 호흡구를 1개 뚫고, 초기에 이산화탄소를 5~15% 정도 주입하면 되는데, 이산화탄소와 딸기 표피세포의 칼슘이 결합해 30% 정도 단단해지며 유통에 의해 물러짐이 억제되고, 낮은 산소 농도에 의해 호기성인 곰팡이의 발생이 억제된다. 2℃에서 16일간 저장했을 때 대조구는 30% 이상 곰팡이가 발생했지만 MA포장의 경우 1% 정도의 딸기만 변색해 곰팡이 발생이 억제되는 것을 확인했다. 2018년 4~5월 기간에 경남 산청 농가에 적용해 인도네시아 수출에 20팰릿 이상 선적했는데 물러짐과 곰팡이 관련 클레임이 없었다고 한다.

또한 안정적인 기체조성 저장(CA 저장)을 위해 사물인터넷과 클라우드 컴퓨팅 기술을 이용해 CA저장고 품질 예측 시스템을 개발했다. 이 시스템은 CA 저장고를 네트워크로 연결해 생산업체, 농업인, 관련 기관 등에 원격으로 작동하고 수리를 할 수 있어 관행 대비 45%의 비용절감을 할 수 있는 것으로 나타났다.

 

재해예방공학과(과장 신승엽)

농업시설 내재해 기술 연구 및 농업기계 이용체계 개선

노지 오이용 스마트 자동 관개 시스템은 토양수분을 기반으로 생육 시기별 자동 관개·관비가 가능하도록 개발됐다. 현장 시험 결과 관행 재배 대비 수확량 19.1%, 농가소득 23.4%  증가했고, 농업용수는 10.0% 절약됐다.

배 무봉지 재배를 위한 내재해 방충망 시설을 개발했는데 해충 크기, 온·습도, 일사랑 등을 고려해 방충망을 4mm x 4mm로 선정하고 구조 안전성을 검토해 파이프 규격을 결정한 후 설계도와 시방서를 작성했다. 또 재배환경과 구조안전성 등을 검토해 대추·복숭아 재배용 내재해 비가림하우스(개량형 간이 비가림하우스, 우산형 비가림하우스, 연동형 비가림하우스) 3종을 개발했다. 개발된 내재해 시설들은 ‘원예 특작시설 내재해 규격’ 고시에 반영할 계획이다.

논 토양의 물 빠짐을 쉽게 할 수 있는 트랙터 견인식 암거 천공기를 개발했다. 논에 콩을 재배해 시험한 결과 무처리구에 비해 강우 후 토양수분은 3.2~4.5배 빠르게 감소했으며, 콩 수확량은 54% 증가했다.

농업기계화 정책, 연구개발 등의 기초자료로 활용하기 위해 트랙터 등 8개 기종에 대한 이용실적과 벼 및 8개 밭작물의 기계화율 통계를 생산했다. 밭작물의 기계화율은 평균 60.2%로 2년 전보다 1.9%P 상승했다. 또 2019년부터 사업랑이 대폭 확대되는 주산지일관기계화  임대사업에 참고할 수 있도록 임대 농업기계 및 임차인 선정, 임대료 산정 등에 관한 지침을 마련해 농식품부에 제공했다.

경운기 안전교육 시뮬레이터는 크로마키 방식에서 손과 운전조작 장치의 움직임을 추적해 가상현실과 결합하는 동작추적 방식으로 전환해 시스템을 단순화해 교육 효과를 제고했다.

정확성 및 편의성 증대를 위해 개발된 트랙터 선회반경과 중심위치 시험방법은 OECD와 ISO 국제표준으로 채택돼 우리나라 농업기계 시험기술의 우수성을 입증하고, 세계 각국에서 표준 시험방법으로 활용됨으로써 국가 위상 제고에 기여했다.

수출용 딸기 선별 기계화로 품질 균일화 및 상품성 향상
수출용 딸기 선별 기계화로 품질 균일화 및 상품성 향상

 밭농업기계화연구팀(최용 팀장)

주요 밭작물 생산 전과정 기계화 기술 확대

3륜형 승용관리기는 다양한 밭작물 재배 관리에 적합하도록 최저 지상고가 높고 차륜 폭을 조절할 수 있으며 관리기 하부에 작업기를 장착할 수 있어 작업편의성을 높였다. 3륜형 승용관리기에 부착할 수 있는 파종기, 중경제초기, 중경 배토기, 순지르기 작업기를 개발해 재배 관리 작업 노력을 70% 절감할 수 있었다.

무 파종작업 기계화를 위해 복합 파종기와 소형 동력 파종기를 개발했다. 복합 파종기는 트랙터 부착형 4조식으로 두둑성형, 비닐피복 및 파종을 동시에 할 수 있는 파종기로 복합 파종기 이용 시 인력 파종과 비교해 노력은 94%, 비용은 64% 절감할 수 있다. 소형 동력 파종기는 여성 및 고령 농업인을 위한 소형 자주식 파종기로 작업 편의성을 높인 2조식으로 둥근 두둑 1줄 재배와 평두둑 2줄 재배에 모두 적용할 수 있도록 했다. 소형 동력 파종기 이용 시 파종 노력은 89%, 비용은 59% 절감이 기대된다. 

트랙터를 이용한 다양한 농작업을 위해 트랙터에 작업기 탈부착 시 혼자서도 손쉽게 할 수 있는 탈부착 보조 장치를 개발했다. 트랙터 부착부가 작업기 부착부 안쪽으로 삽입되는 삼각형 형상의 슬라이드 방식으로 트랙터에 작업기를 쉽게 탈부착 할 수 있다.

인삼 등 고가의 농작물 도난 방지를 위해 야생동물 침입과 사람의 농작물 절도를 구별해 야생동물이 침입하는 경우에는 농장주에게 통보하고, 농작물 절도로 판단되는 경우에는 경찰청에 통보할 수 있는 기능을 갖는 스마트한 농작물 도난방지 장치를 개발·실용화했다.

들깨 수확의 어려움과 노동력 절감을 위해 농업 현장에 보급된 콩 예취기와 콩 탈곡기를 들깨 예취 및 탈곡에 적합하도록 구조개선 및 성능향상을 통해 콩과 들깨 모두 가능하도록 범용화했다.  

논에 콩 재배를 확대하고 기계화 촉진을 위해 경운정지에서 수확까지 논 콩 생산 전과정 기계화 작업 체계를 확립했다. 논에서의 콩 생산 전과정을 기계화하기 위해 재배앙식, 기계 파종 및 수확 등을 고려한 다조식 파종기와 보통형 콩 콤바인 등 전과정 기계화 작업체계를 확립해 관행보다 노력 84%, 비용 51% 절감할 수 있었다.

논 콩 전과정 기계화로 노력 84%, 비용 51% 절감
논 콩 전과정 기계화로 노력 84%, 비용 51% 절감

농업인안전보건팀(이경숙 팀장)

농작업 안전보건 기술개발 및 안전재해 통계 수집·관리

농업인의 업무상 재해 통계 생산 및 대국민 서비스를 위해 계층화 추출로 선정한 전국 단위 1만여 표본 농가에 대해 업무상 손상 현황 및 관련 영항요인을 2017년에 조사한 결과 농업인의 업무상 손상 발생률은 휴업 1일 이상 2.2%를 보이며, 휴업 1일 이상 농기계 관련 손상에서는 경운기가 44.0%, 트랙터가 16.1%, 관리기가 10.4%, 건조기가 3.8%, 예초기가 3.4%를 차지하는 것으로 나타났다. 또 2017년도 조사한 농업인 손상 현황을 국가통계 제143003호로 등록했으며, 등록된 통계자료를 활용해 농업인의 업무상 재해 예방을 위한 정책 기초자료를 제공했다.

농업인의 업무상 재해정책인지도 연구를 통해 선진국(독일, 아일랜드, 스웨덴 등)의 농업 안전보건 주요 개선사업 파악, 기존 농업 안전보건 예방사업에 대한 참여자의 경험적 인식 및 개선 의견 분석과 개선 사업에 대한 발전 방향에 대한 제안을 해 농업인 업무상 재해 보장 및 예방 정책 수립을 위한 참고 자료로 제공했다. 

농업인의 농작업 안전 관리 인식률과 농촌의 안전 관리 수준을 향상하기 위해 농작업 안전관리 교육 및 캠페인 콘텐츠를 연구했다. 이를 통해 고령 농업인이 현장에서 쉽게 활용할 수 있는 안전 관리 지침과 교육 자료 등을 개발했으며, 농작업 재해 예방 캠페인 및 안전교육 등을 통해 보급했다.

농작업안전보건 전문가 양성을 위해 농작업안전보건 기사제도를 개발·시행했으며, 기사제도의 효율적 운영을 위해 안전보건 기사 전문서와 시험 문항 기준을 연구·개발했다.

농작업자의 건강 유해요인에 대한 노출평가 및 관리를 위해 34개 작목에 대해 유해요인(물리, 화학, 생물학적)별로 유사 노출 작업군을 선정해 노출 평가를 효율적으로 수행하고, 현장 안전 관리 시 참조할 수 있는 유해요인 DB의 구축 기반을 마련했다.

또한 농작업 시 노출되는 건강 유해요인으로부터 작업자의 건강과 안전을 보호하기 위해 농업인용 개인 보호구와 편이장비를 연구했다. 이를 통해 농촌에서 빈발하는 안전사고를 예방하기 위해 위험요인의 발생 시 센싱을 하고 이 결과를 취합, 분석한 후 통신 네트워크를 통해 사고 유발 가능 상황에 대한 정보를 농업인 등에게 공유할 수 있는 기술과, 농작업자의 근골격계 부담 및 위험요인 노출을 경감할 수 있는 개인 보호구 및 편이장비를 개발해 특허출원(3건)을 했다.

 

  


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