김현태 경상국립대 생물산업기계공학과 교수 / 문병은 연구교수
4차 산업혁명에 따른 첨단기술의 적용은 산업 전 분야에서 새로운 패러다임 제시 및 신성장동력으로 대두되고 있다. 최근 몇 년간 4차 산업혁명의 핵심기술인 정보통신기술(ICT; Information and Communications Technology) 및 사물인터넷(IoT; Internet of Things), 빅데이터(Big data), 인공지능(AI; Artificial Intelligence) 기술의 개발 및 적용은 수집할 수 없었던 다양하고 막대한 규모의 데이터를 빠르게 수집·처리·분석을 통해 새로운 가치를 생성할 수 있으며, 수집된 데이터를 바탕으로 지능형 학습 및 훈련의 반복을 통해 인간이 예측, 판단할 수 없는 새로운 가치 창출 및 이를 통한 미래 예측이 가능해졌다.
농축산업 분야 또한 21세기에 들어서면서 정보통신기술(ICT)을 시작으로 사물인터넷(IoT), 빅데이터(Big data), 인공지능(AI) 등의 4차 산업혁명 핵심기술의 접목을 통해 농가인구 감소 및 고령화, 농업 생산성 약화 등 성장 한계를 극복하고 농축산업의 신성장동력 발굴을 통한 재도약을 모색하고 있다.
2000년대 초반부터 정보통신부와 지식경제부, 농림축산식품부 주관으로 농축산업 부문에 ICT융합 확산을 통한 농업·농촌 정보화를 추진하였으며(한국과학기술기획평가원, 2015), 2010년 이후 농림축산식품부 주관으로 농축산업 부문에 ICT융합 기술의 확산을 위한 모델 발굴 사업을 추진, 농축산업 현장에서 RFID/USN 등 핵심기술의 적용을 통해 최적 생장(사육)환경 조성 및 농작업 자동화를 통한 생산비 절감, RFID/QR 코드 기반의 농산물 생산·유통·소비 단계 이력 관리를 통한 식품안전 관리 체계를 마련하는 등 농업의 첨단화, 자동화를 주도하였다.
그리고 최근 스마트팜의 현장 보급 및 확산을 위한 2세대 스마트팜 기술 고도화 및 인공지능·로봇·에너지 등 3세대 스마트팜 원천기술 확보를 목표로 농림축산식품부·농촌진흥청·과학기술정보통신부를 중심으로 스마트팜 다부처 패키지 혁신기술개발 사업을 통해 농축산업의 스마트화, 고도화, 지능화를 주도하고 있다(농림축산식품부, 2021).
농업의 스마트화를 대표하는 키워드인 ‘스마트팜(Smart Farm)’이란 좁은 개념으로는 ICT 및 인공지능(AI; Artificial Intelligence), 빅데이터(Big data)의 활용을 통해 시간과 공간의 제약 없이 원격·자동으로 작물 및 가축의 생육환경 및 조건을 적정하게 유지·관리할 수 있는 과학 기반의 농업방식을 의미하고, 넓은 의미로는 농업과 4차 산업의 핵심 기술들의 융합을 통해 생산 분야 이외에 유통·소비 및 농촌 생활에 이르기까지 현장의 혁신을 꾀할 수 있도록 다양한 형태로 적용됨을 말한다(경상국립대학교, 2021). 스마트팜은 1차 농림수산업, 2차 제조 및 가공업, 3차 서비스업을 융합해 고부가가치를 창출하는 6차 산업을 의미하며, ICT(정보통신기술), BT(생명공학), ET(환경공학) 등 첨단 기술이 융합된 6차+α산업으로 진화하고 있다.
축산·시설원예 스마트팜 핵심기술 개발
경상국립대학교 스마트팜연구센터는 농업과 정보통신기술(ICT/IoT) 산업의 융합을 통해 농산업 분야 우수 전문인력 양성 및 핵심기술 확보를 통한 실용화 기술 개발을 목표로 2017년 4월 농림축산식품부 지원사업인 ‘농식품기술융합창의인재양성사업’에 선정되었다. 현재 스마트팜 연구센터에서 수행 중인 주요 연구사업은 1)축산 스마트팜 핵심 기술 개발, 2)시설원예 스마트팜 핵심기술 개발, 3)스마트팜 연구 성과 확산 및 교육 프로그램 개발 등으로 크게 3개의 핵심과제로 구성되어 있으며, 각 핵심과제별 정보통신기술(ICT) 및 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터(Big data), 스마트 센서 등 4차 산업혁명 핵심기술을 접목을 통한 차세대 농업 핵심기술 확보 및 실용화 기술 개발을 위해 혁신적인 연구를 수행하고 있다. 스마트팜연구센터는 주관기관 경상국립대학교를 중심으로 대학 4개 기관, 기업 11개 기관, 지자체 3개 기관이 참여하여 연구개발 및 사업화, 보급화를 수행 중이다.
먼저 축산 스마트팜 핵심 기술 개발 과제는 생체 및 환경정보 기반 스마트 축산 시스템 개발, 스마트 축산 환경·안전 통합관리 시스템 개발 및 실용화, 양돈관리를 위한 인공지능 기반 체감형 환경제어 시스템 개발, 축사 내 환경 모니터링을 위한 미세유체 센서 개발로 구성하였다. 축산 스마트팜 생산성 향상 및 동물복지 구현을 목표로 가축의 물리적 생체정보 및 환경정보, 영상정보의 수집을 통해 인공지능(AI) 기반 생체 및 환경정보 예측·관리 모델을 개발하였으며, 양돈 대상 스마트 개체 관리·급이 시스템을 개발, 제품화를 통해 실증 연구를 수행하였다. 또한 축사 환경 모니터링을 통한 안전관리 및 제어를 위해 3D 프린팅 기반 미세유체 센싱 시스템을 통한 암모니아 센서 개발, 축사 악취 관리를 위한 무인 모니터링 시스템 개발 및 평가, 축사 화재 예방 및 관리를 위한 지능형 화재 감지기 및 경보 시스템 개발, 축사 내부 환경제어를 위한 인공지능 기반 습도대비 체감온도 제어 시스템 개발 연구를 각각 수행하고 있다.
시설원예 스마트팜 핵심 기술 개발 과제는 스마트 온실의 구조시스템 개발, 인공지능 기반 생육 정보 측정 장치 및 생육 예측 기술의 사업화, 시설원예 클라우드 기반 분산제어 시스템 개발, 지능형 난방장치 부착 스마트 팬 시스템 개발로 구성하였다. 시설원예 스마트팜의 생산성 향상 및 에너지 절감을 목표로 온실 피복 및 보온재의 특성에 따른 보온 성능 평가, 온실 구조 및 난방 시스템에 따른 에너지 시뮬레이션 모델 개발, ICT 기반 지능형 공기 난방기 및 제어 시스템 개발 연구를 하였으며, 또한 시설원예 스마트팜의 최적 생육 관리 및 제어 시스템 개발을 목표로 시설원예 스마트팜 내 수집된 환경 및 작물 생육 정보를 통해 대상 작물(파프리카, 딸기)의 인공지능 기반 생육 예측 알고리즘 구축 평가, 작물 최적 영양공급을 위한 클라우드 기반 양액기 관리 시스템 개발 연구를 수행하고 있다.
스마트팜 연구 성과 확산 및 교육 프로그램 개발 과제의 주요 연구내용은 ‘스마트팜 산업화를 위한 연구성과 확산 전략 및 비즈니스 모델 개발’, ‘스마트팜 전문인력 양성 교육 프로그램 고도화’로 구성하였으며, 이를 통해 스마트팜 전문인력 양성을 위한 교육용 교재인 ‘스마트팜 개론(2020)’ 집필, 경상남도농업기술원과 연계하여 스마트팜 도입 농업인을 대상으로 ‘시설원예 스마트팜 관련 기술 교육(2020년)’을 실시하였다. 또한 스마트팜 연구센터 참여연구원 대상 스마트팜 이론 및 핵심기술, 연구동향, 실증 사례 등을 중심으로 연 2회 ‘스마트팜 합동교육(제주대학교, 경북대학교)’을 실시하였으며, 창의적 아이디어 발굴 및 학습 동기 고취, 스마트팜 홍보를 목표로 ‘스마트팜 분야 대학(원)생 아이디어 공모전’을 매년 개최하여 이를 통한 학부 및 대학원생들의 혁신적 기술 개발을 위한 장을 마련하였다.
국외 우수인력 유치를 통한 핵심 연구원 양성 및 국내 기술의 홍보, 국내 제품의 수출 연계를 목표로 APT(Asia-Pacific Telecommunity) 회원국 소속 정부 기관 우수인력 유치를 위한 ‘APT-Korea Scholarship’프로그램을 개발, 운영 중이며 이를 통해 지속적인 국외 유학생 유치를 통한 인력양성 및 국내 스마트팜 기술의 고도화를 이뤄갈 예정이다.
올해 6차년도를 맞이하는 스마트팜 연구센터는 참여 대학 및 기업, 지자체의 노력으로 지난 2019년 국가연구개발 우수성과 100선(성과명 : 차세대 신성장 동력 스마트팜 원천기술 개발 및 제품 국산화)에 선정되었다. 이러한 성과를 바탕으로 지난 5년간 산학연 중심의 축적된 연구개발 내용과 기술, 그리고 개발된 제품의 지속적 고도화를 통해 국내 스마트팜의 완전한 정착 및 원천기술화, 그리고 이를 통한 선진 농업국가와의 기술 격차를 줄여갈 수 있도록 핵심기술 개발에 최선의 노력을 다해나갈 예정이며, 또한 스마트팜과 4차 산업혁명 핵심기술 바탕의 전문인력 양성 및 교육 프로그램 개발, 현장 위주 실증 연구, 그리고 이를 통한 산업체 중심의 제품화를 통해 대학원생 및 국외 유학생, 참여연구원 중심의 인력양성 또한 계획한 바와 같이 최선을 다해나갈 예정이다.