우리나라 농업은 현재 기존의 방식에서 벗어나 첨단 기술이 도입된 새로운 패러다임으로 전환하고 있다. 이는 바로 ‘스마트농업’으로 정보통신기술(ICT)과 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT) 등 첨단 기술이 융합된 농업 방식으로 이를 통해 작물 생장 상태를 실시간으로 모니터링하고, 최적화된 환경을 조성하여 효율적인 생산이 가능하도록 기술이 발전하고 있다.
나날이 진보하고 있는 2세대 스마트팜 기술은 인공지능과 빅데이터 기술이 결합되어 생산성을 더욱 향상할 수 있도록 진화되고 있는데. 우리 연구실에서 개발한 병해진단 기술 또한 계속 고도화되며, 인공지능이 진화함에 따라, 병충해 예방 및 관리가 정밀해지고 속도가 빨라짐으로써, 작물 손실률 감소와 함께 안정적인 생산량 확보를 가능케 하고 있다. ICT융합기술 활용을 통한 이러한 패러다임 전환은 국내 농업의 경제성과 안정성 증대 외에도 에너지 사용량 감소와 같은 지속 가능성 증대에 기여한다.
국립농업과학원 농업ICT융합연구실은 ICT 기반의 스마트농업 연구를 수행하는 곳으로 스마트 온실이나 축사 등 스마트팜 대상체에 첨단 기술 융합을 주도해왔다. 1세대 스마트팜 기술 고도화 및 실증 연구를 통해 현장 적용 및 보급 확대에 앞장섰으며, 2세대 스마트팜 기술을 실용화 하기 위해 스마트팜다부처패키지 사업 등 다수의 내·외부 연구과제 수행을 통해 국내 스마트팜 기술을 세계적인 수준으로 끌어올리기 위한 연구를 진행중이다.
스마트팜 2세대 기술의 핵심은 생산성 향상을 목표로 온실 관리를 자동으로 수행할 수 있도록 하는데, 1세대 기술을 기반으로 작물의 생육상태와 함께 환경을 정밀하게 모니터링하고 인공지능 및 빅데이터 활용 분석을 통해 생육단계별 시기에 맞게 재배환경을 자동으로 제어하는 기술이다. 인공지능 플랫폼을 활용하여 온실 내 작물에 발생하는 병해와 생리장해 등을 모니터링 로봇을 이용하여 주기적으로 자동으로 진단하고 복합환경제어기는 물론 방제로봇 등 관리 로봇을 연계할 수 있도록 고도화 된 기술을 말한다. 2016년부터 시작한 인공지능 기반의 병충해 판별기술 연구는 2022년 까지 토마토, 딸기 및 파프리카 작물까지 개발을 완료하였는데 토마토 5종(궤양병, 잿빛곰팡이병, 흰가루병, 잎곰팡이, 황화잎말림바이러스)의 진단 정확도 94.1%, 딸기 6종(세균모무늬병, 탄저병, 잿빛곰팡이, 뱀눈무늬병, 흰가루병, 꽃곰팡이병) 92.6% 정확도를 보였으며, 2022년 개선된 신규 병해진단 모델로 파프리카5종(배꼽썩음과, 잿빛곰팡이, 흰가루병, 점박이응애, 점무늬병)을 90.6%의 정확도로 판정할 수 있도록 추가하였다.
인공지능 기반의 병충해 관리 연구는 2023년 스마트농업 5대 중점과제로 선정되었으며 현재는 참외 등 박과채소를 대상으로 추가하여 작목 확대 및 인공지능 기반 환경관리에 필요한 요소기술들을 고도화하고 있다. 기존의 병해진단 엔진은 고성능 클라우드를 통해 일부의 사용자만 사용할 수 있는 제약이 있었으나 현재는 인공지능 병해진단 기술을 소형 컴퓨터(Single Board Computer, SBC)에서도 동작이 가능하도록 만들어 기존의 인공지능 서버에서도 5초 이상 소요되던 분석 시간을 소형컴퓨터에서 0.3초 이내에 분석 가능하도록 단축하여, 소규모 농가의 저사양 PC에서도 적용 가능한 형태로 경량화 된 병충해 진단 모델을 구현하였다.
또한, 인공지능 데이터 수집 및 학습 자동화를 통해 온실 내 습득되는 데이터와 위치 정보를 습득하고 관련 정보가 많아질수록 스스로 학습하여 더욱 똑똑해지는 지능형 병해 환경 모니터링 시스템에 대한 연구를 수행중이며, 온실 내 정밀한 위치 기반 병충해 발생 정보를 활용해 정밀 국소방제 및 방제 효과 분석이 가능하도록 병충해 종합 관리 시스템 구축에 관한 연구도 진행 중이다. 병해 모니터링 로봇은 시간에 구애받지 않고 농업인의 관여 없이 일정시간 동안 독립적으로 온실을 돌아다니며 온실 내 환경 변화와 병충해 발생 여부를 카메라 영상이나 분광 센서 등을 활용해 수집된 정보를 활용하여 소형 컴퓨팅 기술로 진단하여 병해 발생 구역의 위치 정보와 방제 정보를 방제로봇에게 전달하면, 방제로봇은 전송받은 데이터 분석 및 위치 정보를 활용해 병해 발생 구역으로 이동하여 전체구역 방제 또는 해당 엽에 국소 방제를 시행하는 등 작물 별 적절 방제를 자동으로 수행하는 기술이다.
모니터링 로봇과 방제 로봇의 연계를 통한 자동화 기술은 대형 온실에 적합하며, 그 외의 로봇을 도입하기 어려운 소규모 농가에 적합한 CCTV 및 소형컴퓨터를 활용한 분석 기술 등 여러 농가에 적용가능한 형태로 연구를 진행중이다. 이러한 성과들을 통해 인공지능 기반 병해 및 생장 환경 모니터링 통합 플랫폼 등의 2세대 스마트팜 기술 패키지 보급 가능성을 확인했으며, 지속적으로 보완 개발하여 상용화 할 계획이다. 이러한 기술 개발을 통해 우리 연구실에서는 4차 산업혁명 핵심기술을 적용한 스마트농업 기술이 조기에 확산될 수 있도록 최선의 노력을 다할 것이다.