전체메뉴

국립농업과학원 스마트팜개발과 농업로봇인공지능연구실에서는 4차산업혁명 기술 중에서도 “로봇”과 “인공지능” 기술을 농업분야에 적용하는 연구를 중점적으로 추진하고 있다. 이를 위해 농기계 자율주행, 지능형 농작업을 위한 로봇 기술에 인공지능 기술을 접목하여 농업 무인화 핵심기술을 확보하기 위한 과제를 진행하고 있다.

원격지에서 영상과 조이스틱을 활용한 원격제어 기술에서부터 RTK-GPS 및 영상을 활용한 무인 자율주행 기술, 장애물 인식 및 회피 기술, 주변 환경을 인식하여 작업할 수 있는 지능형 로봇 등을 개발하고 있다.

농업로봇인공지능연구실의 최근 연구개발 성과를 소개하면, 우선 친환경 벼농사에서 가장 큰 애로사항은 제초작업으로 노령화, 여성화, 고역작업 기피현상으로 물리적 제초가 가능한 자동 제초기 개발 요구에 대응하여 제초로봇(`15)을 개발하였다. 개발한 제초로봇은 GPS와 2차원 레이저 스캐닝 기술을 적용하여 주행오차 5cm로 모를 밟지 않고 모열 사이를 스스로 주행하면서 잡초를 제거할 수 있다. 제초로봇은 실용성 증대를 위해 기존 승용관리기에 적용하였으며 자율주행 및 수동운전이 가능하며, 성능은 1시간/10a로 인력의 16배 능률적이며, 잡초제거율 80% 수준이다.

또한 과수원에서 전(全)주기 무인 농작업을 위한 자율주행이 가능한 과원 로봇 플랫폼을 개발(`18)하였다. 과원 로봇 플랫폼을 기반으로 방제기, 수확기, 제초기 등의 작업기능을 탑제하여 다양한 작업이 가능한 기본 플랫폼으로 활용할 계획이다.

본 플랫폼은 전, 후륜 이중조향 방식을 통해 로봇의 자세 변화를 최소화하여 센서 기반 경로 추종 알고리즘 단순화하였다. 그리고 LiDAR센서로만 주행경로를 인식하여 자율주행이 가능하며, 오차 2cm, 각도 편차 1.99도 이내의 주행이 가능하다.

현재는 이 플랫폼에 탑재하여 과수원 안에서 방제할 나무가 있는지와 나무 모양을 신속, 정확하게 측정해 스스로 이동하며 농약을 살포할 수 있는 스마트 로봇 방제기를 개발(`20)하였다. 과수 방제는 매우 힘든 작업으로 고령·여성 농업인이 하기 어렵고, 일괄적으로 농약을 살포해 과수가 없는 곳에도 농약이 분사되는 등 농약을 과도하게 사용하는 경향이 있다.

개발한 방제기는 레이저 형태의 광원으로 물체까지의 거리를 측정할 수 있는 LiDAR를 사용해 3차원 공간상 과수 유무와 형태를 파악할 수 있다. 기본의 스피드 스프레이어(SS기) 좌우에 전자밸브를 구비한 분사노즐을 장착한 후 LiDAR로 얻은 데이터를 기반으로 전기적 신호를 보내 농약 살포량을 조절할 수 있다.

또한, 지주 파이프 등 과수원 내 시설물의 영향을 받지 않도록 설계해 불필요한 부분에서 농약이 살포되는 것을 최소로 줄였다. 그리고 스마트 로봇 방제기는 GPS와 관성측정장치를 활용한 궤도형 자율주행 로봇에 탑재돼 과수 사이를 스스로 주행하면서 무인 방제 작업을 수행할 수 있다.

이 방제기를 사용해 방제한 경우, 기존 SS기보다 약 20∼30% 농약 살포량이 줄어드는 효과가 있어, 일괄 살포 방식으로 인한 농약 낭비와 인근 농가 피해를 줄이고 농약 노출에 따른 농업인의 건강까지 챙길 수 있을 것으로 생각된다. 개발한 스마트 로봇 방제기는 현장접목연구(’21) 및 신기술 시범보급사업(‘22)을 통해 조기 상용화 계획을 수립하여 추진하고 있다.

마지막으로 자율주행 기술의 여건 성숙에 따른 농기계 적용과 조기 실용화를 통한 대외 경쟁력 확보를 위해, 기존 GPS 기반 사전 경로 설정을 통한 경로 추종형 자율주행방식에서, 카메라로 실시간으로 획득한 영상에 인공지능을 활용하여 환경 인식과 주행에 필요한 조향각 계산하여 자율주행이 가능한 자율주행 트랙터를 개발(`20)하고 있다. 또한 농업현장에 첨단기술을 빠르게 정착시키기 위해, 자율주행 농작업 및 운용을 위한 안전성 기반 가이드라인, 자율주행 및 농업로봇과 같은 첨단농기계에 대한 검정방법 및 기준을 마련하기 위한 노력도 병행하여 추진하고 있다.

앞으로도 농업로봇인공지능연구실에서는 노지뿐 아니라, 시설원예, 축산 등 다양한 농업 분야에서도 농작업의 자동화, 무인화 기술들이 개발 상용화될 수 있도록 꾸준한 연구개발 계획하고 있다. 농업 무인화 기술의 발전은 농사 기술 및 농작업 체계에도 큰 영향을 미칠 것이다.

이 말은 농업기술의 발전만으로는 무인 농업의 실현이 어렵기 때문에 농기계뿐 아니라, 시설, 원예, 식량, 축산 등 각 분야의 전문가들이 머리를 맞대어 농업 로봇 관련 기술의 고도화에 앞장서야 할 것이다. 이를 위해, 기술개발에만 머무는 것이 아니라, 현실 생활에서 농민에게 도움을 줄 수 있는 기술의 상용화도 매우 중요하므로, 이를 실현시키기 위해 좀 더 박차를 가하여 향후 10년 안에 무인 농업 시대가 시작될 수 있도록 최선의 노력을 해나가겠다.