스마트팜시스템연구실에서는 외부의 기상조건에 의존하지 않고 작물을 계획적으로 연중 안정 생산할 수 있는 실내농장에 관한 연구를 수행하고 있다. 실내농장은 자연광이 아닌 인공광원을 사용하게 되므로 작물재배 특성에 맞게 광원을 고려해야 하므로 이에 수반되는 에너지 투입을 최소화, 노동력 절감 등 생산성을 높이기 위한 노력이 무엇보다 필요하다.
실내농장이나 일반온실은 작물을 재배하기 위한 시설로 개념은 유사하다. 그러나 근본적인 차이는 실내농장은 주로 다단의 구조물을 실내에 설치해 작물을 재배하게 되므로 수직농장이라고도 하며, 시설구조는 일반 건축물과 같은 기준으로 설계해야 한다.
이와 다르게 온실은 토지에 직접 작물을 재배하게 되므로 간이시설의 형태로 설계하여 작물을 재배하고 있다. 또한 주로 기온이 낮은 시기에 운용되므로 낮에는 태양에서 오는 장파장의 열을 이용하며 고온이 되면 환기창을 열어 온도를 조절하고 밤에는 난방기를 가동하게 되므로 일반건물의 공조시스템과 같이 복잡한 설비는 들어가지 않는다. 그렇지만 실내농장은 건축물과 같이 단열·밀폐 시설에 작물을 재배하게 되므로 냉난방을 위한 공조시설은 필수이며 다단으로 작물을 재배하게 되므로 실내 온·습도 조건을 균일하게 조성해야 하는 점도 중요한 부분이다. 인공광은 온실에서는 사용하지 않는 설비이나 실내농장에서는 태양광을 받을 수 없어 재배하는 작물에 따라 인공광원을 달리해야 하므로 이에 대한 설계 및 설치가 중요하다. 그 외 CO₂, 양액공급 시스템 등은 온실과 동일한 장치를 사용해 작물에 필요 영양소를 공급하게 된다.
실내농장에서는 노지와 다르게 작물에 따라 양액 성분을 달리 조성하여 공급할 수 있으며, 인공광원의 종류, 광 파장 및 세기, 내부온도 등 환경을 자유롭게 조절하면서 작물을 재배할 수 있어 재배환경을 조절하게 되면 작물 고유의 유효성분 함량을 높이거나 기능성 물질을 함유시킬 수 있을 것으로 보고, 이와 같은 연구를 일부 선진 국가에서 먼저 시도해오고 있다. 특히 의약품에 이용되는 작물의 경우 재배기간의 단축과 동시에 노지 보다 특정 유효성분의 기능성 물질 발현을 도모할 수 있게 되므로 의약품 원료의 대량생산이 가능할 것으로 판단하고 있다.
스마트팜시스템연구실에서는 현재 완전 인공광 이용형 실내농장과 자연광과 인공광을 같이 이용할 수 있는 온실을 구축하여 시설 내에서 작물을 재배하는 연구를 진행하고 있다. 1996년 연구실이 설립된 이래 실내농장 내 작물재배에 필요한 재배 자동화 장치, 인공광, 양액 공급 및 처리장치 등 주로 하드웨어적인 기술 개발을 중점적으로 수행해 오고 있으나, 최근 실내농장에서 키울 수 있는 재배 작목의 확대, 작물 중심의 생육 안정화 기술 등도 연구하고 있다.
대표적으로 개발한 하드웨어 기술은 2010년과 2021년 2차례 컨테이너형 실내농장을 남극 세종기지로 보내 기지 대원들이 직접 작물을 재배하여 식탁에 올리고 있다. 최근에 설치한 실내농장은 스마트팜 기술을 적용하여 실내 온도, 습도, CO2 농도와 작물 뿌리에 공급하는 배양액 온도, pH, EC 등 재배환경 데이터 및 작물 생육 영상을 원격으로 모니터링 가능하고, 재배환경 데이터는 자동으로 저장된다. 실내농장 내부에 LED 인공광 4단 재배 베드에서 육묘 및 상추 등 엽채류와 2단 베드에서 고추, 오이 등 과채류 작물을 심어 순환식 수경방식으로 재배하고 있다. 스마트팜 원격 모니터링 시스템을 활용해 실내농장의 재배환경 정보와 영상 정보를 분석함으로써 세종기지 대원들이 원활하게 작물을 재배할 수 있도록 전문가 컨설팅을 하고 있다.
실내농장 작물재배에 관한 연구로는 실내농장 내에서 수경재배한 작물의 생장 분석 및 제어를 위해 작물생장 및 물리·화학적 재배환경 관련 정량적 데이터를 수집해 클라우드를 기반으로 한 데이터분석시스템을 개발하고 있다. 주로 배양액 농도, 인공광의 파장이나 빛의 세기를 제어하면서 노지나 시설재배지에서 연중 안정적으로 생산하기 곤란한 작물을 선발하고, 이들 작물생산에 필요한 재배조건을 도출하는 등 ‘작물선발-생육특성-재배환경’ 관련 데이터를 주로 수집하고 있다.
대표적인 성과로 우선 노지의 계절 영향으로 1 작기만 재배 가능한 기능성 재배 작물을 선발하여 실내농장에 도입 작물생육 및 재배환경에 관련 데이터베이스를 구축하기 위한 연구를 수행하였다. 선발 시험에 이용된 삼채는 일반적으로 노지에 재배하는 기능성 채소로 연간 3~5회 수확하고 있다. 이 것을 인공광 재배한 결과 연간 8회 이상 수확이 가능하였다. 여기에 인공광원으로 혼합 LED 및 형광등을 사용하여 담액식 수경재배 방식으로 재배하였다. 삼채 잎의 연중 안정생산을 위하여 삼채 생체중, 건물중, 전개엽수, 분지수 등 기초생장량과 수경배양액 성분변화에 대한 클라우드 기반 DB를 구축해 오고 있다.
실내농장은 현재 온실에 비하여 광열비가 더 들게 되는 등 운영비용이 많이 드는 시설농업의 한 형태이나 미래 농업을 위해 기술을 개발해야 할 분야가 분명하다. 따라서 스마트팜시스템연구실에서는 실내농장의 작물별 스마트팜 모델, 실내농장 경영비 절감을 위한 운영 기술 및 실내농장 생산물의 부가가치 향상을 위한 기반 기술 등을 개발하는데 역량을 집중할 계획이다.