IoT(사물인터넷), 빅데이터, 인공지능(AI) 등의 첨단 기술이 농업·농촌의 노동력 부족, 생산성 저하 등의 문제를 해결할 수 있는 수단으로 주목받고 있다. 미국과 일본 등은 첨단 기술을 도입해 자율작업이 가능한 농기계 등을 이미 개발했다.

국내에서도 자율작업 농기계와 로봇 등을 개발하기 위한 관련 사업과 연구가 활발히 추진되고 있다. 

지금 이 순간에도 진화하고 있는 첨단농업기술의 농기계, 농업용 로봇, 드론 분야 도입 현황과 발전 방안을 살펴본다.
[편집자 주]

[농업부문]

# 국내 농기계는 언제 무인 자율작업 이룰까

트랙터, 이앙기, 콤바인 등의 국내 농기계는 무인 자율주행 트랙터 시제품이 개발됐고 관련 기술 연구도 진행되고 있으나 상용화에 이르진 못한 것으로 나타났다.

국내 농기계 업계는 현재 ICT(정보통신기술) 부품, 전자 제어 엑추에이터(Actuator) 기술 등이 부족해 유인 자율주행 단계에 머물고 있다.

이는 선도 농기계 제조기업인 미국의 존디어(John Deere), 일본의 구보다(Kubota) 등이 이미 무인 자율작업이 가능한 농기계를 개발하고 상용화 단계로 나아가는 것과 대비된다.

이에 정부는 농기계 첨단화를 위해 관련 R&D(연구개발)와 시범사업 등을 지원하면서 농기계 자율주행 관련 기술개발 및 상용화 연구를 활성화하고 있다. 

동양물산 등 6개 산학연 컨소시엄은 지난해 110kW급 자율주행 트랙터 시제품을 개발했고 상용화 연구를 지속하고 있다. 산업통상자원부는 산업기술혁신사업을 통해 무인 농작업을 위한 주행 기준선 추출 알고리즘을 개발하고 있다. 주행 기준선을 추출하는 알고리즘을 개발해 자율주행 농기계의 경로이탈 가능성을 줄이려는 목적에서다.

이와 함께 농림축산식품부와 농촌진흥청은 최근 공동으로 자율주행 농기계 상용화를 위한 연구사업단을 운영해 2019년까지 자율주행이 가능하고 2020년까지 자율작업을 시행할 수 있는 농기계를 상용화하겠다는 계획을 밝혔다.

자율주행 농기계는 GPS(위성항법장치)를 통해 농기계의 위치신호를 포착하고 IMU(관성센서)시스템으로 농기계 균형을 유지, 조향제어시스템으로 핸들·바퀴 조향각을 제어하는 방식으로 움직인다. 기계 내부에 설치된 센서에서 농기계의 위치·자세·경로 정보를 수집하고 조향 제어시스템에 전달하면 기계 스스로 지형과 작업환경을 인식해 주행하게 된다. 이와 함께 변속기 및 작업기에도 제어기가 설치돼 있는 경우 자동 변속과 농작업이 가능하다.

2017년 국내 농기계 수출액이 2016년(8901억9519만원) 대비 8.7% 증가한 9675억 5000만원으로 나타난 만큼 국내 기업이 농기계 첨단화를 마쳐 국제 시장에서 경쟁력을 갖춘다면 농기계 수출 산업이 더욱 활성화될 것으로 전망되고 있다.

# 데이터 분석 능력 장착하고 똑똑해진 농기계

이처럼 최고기술 보유국과의 농기계 기술 격차를 좁히고 완전 자율주행·자율작업을 실현하기 위해서는 무엇보다 데이터 수집·분석·가공 기술의 발달이 강조되고 있다. 빅데이터, 클라우드, AI 등의 기술을 통해 농기계 위치·경로·환경 정보 등의 데이터를 더 많이 축적하고 분석할수록 더욱 정밀하고 효과적인 농기계 제어가 가능해지기 때문이다.

이와 같이 데이터를 기반으로 보다 정밀한 영농 의사 결정을 내리는 농업을 ‘데이터 기반 농업’(이하 데이터농업)이라 한다.

데이터농업은 GPS와 단순 센서·제어 장치를 통해 작업자의 주행을 보조하는 수준의 농기계, 휴대폰 어플을 통해 창과 문을 개폐하는 1세대 스마트 온실 등 ‘장치 기반 농업’과 구분된다. 장치 기반 농업 수준에서도 센서를 통해 데이터를 수집할 수 있지만 농기계 자체가 데이터를 수집하고 이를 학습해 스스로 영농 의사결정을 내리거나 농업인의 의사 결정을 보조하려면 첨단농업기술이 필요하다.

이때 필요한 핵심 기술은 커넥티드 머신(Connected Machines), ADA(데이터 자동 획득) 기술 등이 있다. 커넥티드 머신은 IoT기술을 통해 기계, 장치, 단말기 간 무선 통신망이 구축된 기기와 장비 등을 뜻한다. 커넥티드 머신 기술을 활용하면 농기계와 농자재, 농가 간 작업 위치, 작업 현황, 카메라 영상 등의 정보를 공유할 수 있게 된다. 이를 통해 농장 통합관리 시스템을 구축하고 다수의 농기계를 효율적으로 군집 관리하면 농기계 간 중복작업 방지, 작업 경로 최적화를 통한 작업시간 단축 등의 효과를 볼 수 있다.

여기에 농기계가 자동적으로 데이터를 수집·관리하는 ADA 기술이 더해지면 작업자의 의식적 노력 없이도 농기계 간 데이터 수집·공유·관리가 더욱 효율적으로 진행된다.

양승환 한국생산기술연구원 수석연구원은 “데이터농업 기술이 도입된 농기계는 자체 상태 진단이 가능해질뿐더러 농기계와 정보를 공유하는 농가, 업체도 기계 이상을 미리 알고 선제적으로 대응할 수 있게 된다”며 “앞으로는 농기계뿐만 아니라 온실, 축사, 양식장 등 모든 분야에서 데이터의 수집·분석·활용이 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다.

# 농업용 로봇으로 노동력↓·생산성↑

농업용 로봇은 도입 초기 벌크 형태의 무거운 농산물을 옮기거나 포장, 선별하는 용도로 주로 개발됐으나 첨단농업기술이 발전함에 따라 농·축·수산별로 기능이 세분화되고 종류도 다양해지고 있다.

노지농업용 로봇은 트랙터, 콤바인 등 전통 농기계와 로봇기술을 융합해 원격제어, 무인 자율주행이 가능한 형태로 발전하고 있다.

농진청이 개발한 ‘과채류 접목 로봇’은 수박, 오이, 고추 등의 과채류 접목을 자동 시행한다. (주)그리노이드가 개발한 자동 제초와 시비 작업을 실시하는 ‘무인 자율 농업로봇’도 예로 들 수 있다. 

시설농업에서는 일부 선도 비닐·유리온실, 식물공장 등에서 시설 자동화와 함께 로봇화를 추진하고 있다. 농진청은 수확물 등을 싣고 농작업자를 자동으로 따라 다니는 ‘농작업자 추종 운반로봇’을 개발해 시설원예 분야에 보급했으며 식물공장에서 채소를 재배하는 (주)미래원은 로봇팔과 자동화 시스템을 이용해 채소의 생육 단계별 자동 관리를 시행하는 ‘자동 로봇 재배 시스템’을 개발하고 있다.

김국환 농촌진흥청 국립농업과학원 박사는 “농업을 둘러싼 환경·기후·토양이 항상 바뀌기 때문에 이에 맞는 로봇을 개발하기 어려운 부분이 있다”며 “그럼에도 농업 로봇은 농업·농촌의 고령화와 노동력 부족 등의 대안으로써 지속적인 개발이 추진돼야 한다”고 말했다. 
 
# 농업용 드론, 화훼수분용·관측용 등 활용영역 확대돼

국제무인기협회는 2025년 미국 드론산업의 경제적 가치를 약 88조844억원(820억달러) 정도로 추정하면서 그 중 농업용 드론이 80%를 차지할 것으로 전망했다. 이는 드론의 농업에서의 활용 가치가 높게 평가되고 있어서다. 국내에서도 드론은 부족한 농촌 인력을 대신해 광범위한 입제 살포를 시행하는 등 농작업의 효율화를 이끌 것으로 기대받고 있다. 

이처럼 국내외에서 농업에서의 활용 가치를 인정받은 드론은 정부 주도하에 투자 및 관련 연구개발이 활발히 추진되고 있다. 농업에서 드론의 용도는 방제용·파종용에서 화훼수분용·관측용 등으로 점차 확장되고 있는 상황이다.

방제용 드론은 약제 전용 드론과 입제살포장치 교환에 따라 파종과 방제를 번갈아 시행할 수 있는 드론 등이 있다. 일례로 드론 제조기업인 (주)메타로보틱스의 VANDI(반디) 제품은 최대 16kg까지 담을 수 있는 입제살포장치 탈부착형과 고정형이 있다. 탈부착형은 다른 통과 쉽게 교체할 수 있다. 또한 메타로보틱스는 과수농가에 필수적인 화분교배장치를 드론에 장착한 화분교배용 드론을 개발해 공급하고 있다.

관측용 드론은 국토교통부와 한국농어촌공사 주도로 개발되고 있다. 특히 농어촌공사는 농업 기반시설과 수자원 관리에 드론을 활용해 수리시설의 누수 여부와 시설주변 토사 붕괴 여부 등의 안전점검을 실시하고 있다.