http://crpc.kist.re.kr 2018 March vol. 4 no. 3 ISSN. 2465-8456 Part. 1 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 Part. 2 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술
Contents 01 편집자주 04 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 40 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 융합연구리뷰 Convergence Research Review 2018 March vol.4 no.3 발행일발행인편집인발행처 2018년 03월 5일이광렬최수영 이현숙한국과학기술연구원융합연구정책센터 02792 서울특별시성북구화랑로 14길 5 Tel. 02-958-4984 l http://crpc.kist.re.kr 펴낸곳승일미디어그룹주식회사 Tel. 1800-3673
편집자주 4차 산업혁명 대응 스마트팜 기술 및 정책 동향 농업은 식량안보와 직결되는 없어서는 안될 중요한 산업이다. 하지만 인구 감소 및 고령화, 농가 소득의 정체 등으로 농업이 쇠퇴하고 있으며, 이에 우리나라 산업에서 농업의 비중도 지속적으로 감소하고 있다. 더욱이 인간의 활동으로 인한 기후변화는 이러한 농업 내 외부환경의 변화를 더욱 가속시키고 있다. 이제 우리는 농 업의 생산력을 향상시키고 변화하는 내 외부 환경에 적절히 대응하기 위해서 노력해야 한다. 이러한 노력의 일환으로 과학기술 특히 4차 산업혁명과 관련된 기술을 농업에 접목시켜 전통적인 농업 방식에서 탈피하고 농업의 생산성 및 효율성을 높이려는 움직임이 활발하게 이루어지고 있다. 그 대표사례가 농업기술에 4차 산 업혁명 기술을 접목한 스마트팜(Smart Farm) 이다. 이에, 본 호 1부에서는 농업에 적용가능한 4차 산업혁명 핵심기술을 살펴보고 기술과 농업의 연계방안, 관련 정책 동향을 다루고자 한다. 또한, 스마트팜 활성화를 위한 우선전략 및 핵심기술, 인프라 구축 등의 우선순위 도 살펴보고자 한다. 그동안 우리나라도 농업시설 현대화사업부터 농업과 ICT 기술 융합을 위한 정책 추진하 며, 농업산업 활성화를 위해 노력해 왔다. 또한, 우리나라는 IT 기술로 대표되는 4차 산업혁명 기술과 관련한 인프라는 세계 최고 수준을 자랑하고 있다. 하지만 농업 관련 데이터베이스 구축은 아직 미흡한 실정이다. 이에, 스마트팜으로 대표되는 농업과 4차 산업혁명 기술의 적용모델을 활성화하기 위해서는 농업의 생산에서 소비 에 이르는 전과정의 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 인공지능, 딥러닝 기술을 활용해 분석하여, 농업 로 봇, 드론, 스마트폰 앱 등과 연계해야 한다. 또한 산업으로 발전시키기 위해서는 규제, 제도, R&D 등의 기반조 성이 무엇보다 중요하다. 이번 호 주제가 농업산업의 침체를 극복하고 스마트팜 활성화를 위한 전략 방향을 제 시할 수 있기를 기대해본다. 4차 산업혁명 시대의 미래 스마트팜 기술 더운 여름, 뜨거운 햇볕 아래에서 일하는 힘든 농사일은 이제는 옛말이 되어가고 있다. 이미 대량 생산, 농업 의 기계화를 적극 추진하고 있는 미국, 캐나다, 유럽 등에서는 농사일을 직접하는 사람을 구경하기 힘든 실정 이다. 최근 4차 산업혁명의 물결과 농업이 만나 이러한 현상을 가속화시키고 있다. 농업과 4차 산업혁명 기술 의 접목에서 핵심은 사물 인터넷(IoT), 딥러닝(deep-learning), 인공지능 기술 등을 기반으로 각종 계측 센서 를 통해 빅데이터를 확보하고 이를 가공 및 활용하는 것이다. 이에 많은 농업 관련 대기업들은 데이터 기반 정 보획득을 위해 데이터 관련 회사들과 합병을 추진하고 있으며, 국가 차원에서의 지원도 강화되고 있다. 우리 나라에서도 2015년 한국과학기술연구원(KIST)에서 시작된 스마트팜 상용화 기술개발 산업을 위한 국가적인 지원이 시작되었고, 국내 기술 개발을 넘어 세계적인 기술로의 도약을 시작한 상태이다. 이에 본 호 2부에서는 데이터 기반 농업 더 나아가 미래농업에서의 스마트팜 기술 전망에 대해 살펴보고자 한다. 스마트팜의 핵심은 데이터의 수집, 가공 및 활용에 있다. 스마트팜을 위한 데이터 수집, 가공, 활용에 필요한 기술 들과 국내외 현황들을 살펴봄으로써 우리나라 스마트팜 기술이 스마트팜 시장을 선도할 수 있기를 기대해본다.
융합연구리뷰 Convergence Research Review 2018 March vol.4 no.3 http://crpc.kist.re.kr
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 한국농촌경제연구원김연중박사 (yjkim@krei.re.kr)
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 01 서론 우리농업은과거 2000년대초반까지지속적으로성장해왔으나최근농가소득의정체, 곡물자급률하락, 농촌인구의감소와고령화, 더나아가기후변화등으로인해작물생산이계획대로이루어지지못해농업의성장속도가감소하여농가가어려움을겪고있다. 또한농산물의작황및생산량이일정하지않고, 가격의등락도반복되어소비자인국민의안정적먹거리확보에많은어려움이뒤따르고있다. 농업생산액도 2001년 32조원에서 2012년 44조원으로급성장하였으나, 2012년부터 2016년까지 44조원으로정체수준이다. 호당평균농업소득은 2001년 1,130만원에서 2015년에도 1,130만원으로 15년간정체수준에머물러있으며, 농가인구는 2000년 400만명에서 2015년 260만명으로대폭감소하였다 [1]. 이를극복하기위해정부는농업을 1차산업, 2차산업, 3차산업과연계시킨 6차산업 ⅰ) 화정책을추진하고있다. 6차산업화정책지원으로창업자수가 2014년 752명에서 2016년에는 1,530으로증가하였고, 6차산업지원센터를중심으로농산물종합가공센터등농식품유관기관이협업하여시제품생산 판매등을통해매출액이증가하는등그성과가크다고보여지나농업부문이한단계더성장하는데는한계가있다. 농업이한단계더성장하기위해서는생산, 유통, 소비그리고전후방부문에과학기술 (IT, BT, CT, NT 등 ), 특히 4차산업혁명기술 (IoT, 빅데이터, 무인드론, 로봇, 인공지능등 ) 을적극보급 확대해야할필요가있다. 또한, 기술들을생산단계에접목하는데그치지않고유통, 소비그리고전후방산업까지확대 접목시켜야시너지효과가창출될것으로기대된다. 4차산업혁명기술이농업에적용될때생산부문에서는노동력과사료비절감, 단위면적당생산량증가및품질향상그밖에가축질병예방등의효과가예상된다. 유통부문에서는물류비절감, 수급안정등이실현될것으로보이고, 소비부문에서는원산지표시등으로안전한농산물을모든국민이소비할수있게될것이다. 또한정밀농업으로적재적소에비료 농약을살포하게되면환경적인측면에서도긍정적인효과가있을것으로사료된다. ⅰ) ( 편집자 ) 농산물생산만하던농가가고부가가치상품을가공, 향토자원을이용한체험프로그램등서비스업으로확대시켜높은부가가치를창출시키는산업 04 융합연구리뷰 Convergence Research Review
위해서는 4차산업혁명의핵심기술인사물인터넷 (IoT), 빅데이터, 클라우드컴퓨팅, 딥러닝, 인공지트팜기술이를 ➊능 (AI) 등이로봇, 드론, 자율주행농기계등의실현수단과연계되어최종수요자 (end user) 인농가가이용할차산수있도록개발 보급되어야할필요가있다. 그러나 4차산업혁명이우리나라농업에무한한기회가될수있는반면잠재적인위협요인으로도작용할수있다. 효율성과생산성을비약적으로향상시킬수있는강점이있으나 일자리쇼크 에대한우려도상존하고있다. 2015년세계경제포럼에서제시된 미래고용보고서 발표에의하면, 향후 5년간선진국및신흥시장 15개국에서일자리 710만개가사라지고 210만개일자리가신규창출될것으로전망하였다 [2]. 4차산업혁명이어떤분야에적용되더라도긍정적인요인뿐아니라부정적인면도발생할것으로예상된다. 따라서긍정적인면은최대로끌어올리고, 부정적인면은최대한감소시키는방안이사전에검토되어야할필요가있다. 02 4차산업혁명범위와핵심기술 [3] 2018 March vol.4 no.3 2.1 4차산업혁명의범위제4차산업혁명에서다루는범위는물리적기술, 디지털기술그리고합성생물학기술까지포함한다. 혹자는물리적기술과디지털기술까지만을다루고있으나, 농업이 4차산업혁명기술도입으로한단계도약하기위해서는합성생물학기술까지포함되어야한다. 특히농업부문에서생물학기술을적용하여종자개발및 GMO 등에이용하면농업의부가가치를높이는데중요한역할을할것이다. 물리적기술을농업부문에적용한사례는데이터분석능력을장착한드론, 로봇, 자율주행농기계등이있다. 예를들면, 수집한데이터를분석하여농업용드론이물과비료등을보다정밀하고효율적으로살포하 05 업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 고, 농업용로봇을이용한작물의수확작업, 젖소의착유등에이용하는것이다. 뿐만아니라자율주행농기계를이용하여파종및수확작업등을수행하는것도그예이다. 이러한일련의것들이보다더정밀하게이루어지려면센서의발달이선행되어야한다. 센서의발달로로봇은주변환경을잘이해하고그에맞춰많은분야에이용되어질것이다. 과거에는수집된자료를인간이분석하고분석된결과를기계에전달하여농작업을수행하였지만, 차세대로봇은 인간과기계가협업 할수있도록개발되어질것이다. 그러나인간과기계의관계에서발생하는윤리적, 심리적문제가대두될것으로예상되어이와관련된법, 제도등이사전에검토되어야한다. 디지털기술은물건과물건, 물건과인간, 인간과인간을연결하는기술이다. 디지털기술로는 사물인터넷 (IoT), 만물인터넷 (IoE) 등이있다. 이는상호연결된기술과다양한플랫폼을기반으로한사물과인간의관계로설명된다. 사물인터넷 (IoT) 이광범위하게활용되고있는곳은원격모니터링기술이다. 어떤기업은자동차또는컨테이너에센서와송신기혹은전자태그 (RFID) 를부착시켜공급망에따라자동차의이동경로및위치를추적하고있다. 소비자역시물품이나서류의배송상황을실시간으로확인할수있다. 이는농업부문에서도활용가능하며현재농산물의저장상태, 저장량, 운송차량위치등을실시간으로확인할수있다. 이로인해농산물의신선도, 수급, 가격예측등이가능해지면이러한기술은향후급속도로확대될것으로보인다. 합성생물학기술로는 DNA 데이터를이용하여유기체를제작할수있다. 합성생물학은의학분야에서많이활용하고있다. 농업부문에서는현재바이오연료생산, 종자개발, GMO 종자등에이용하고있고, 더욱확대될것으로전망된다. 이러한기술은극단적인기후나가뭄에도자랄수있는식용작물을재배할수있으며, 인간에게이식할장기를돼지의몸에서기르는연구도이미시작되었다. 소의유전자를활용해혈우병환자에게부족한혈액응고요소가첨가된우유도생산될날이머지않았다. 그러나생물학의한계는기술적인문제보다는법, 규제그리고윤리문제에있을수있다. 06 융합연구리뷰 Convergence Research Review
2.2 4차산업혁명의핵심기술트팜기술4 차산업혁명기술은기반기술, 핵심기술, 응용기술로나눌수있다. 기반기술은인프라구축기술이며, 컴 퓨터의용량을크게하는하드웨어기술과알고리즘성능을개선할수있는소프트웨어기술이다. 핵심기술 은 IoT, 빅데이터분석, 인공지능, 딥러닝등으로구성된다. 응용기술은수요자가직접활용하는기술로자 율주행농기계, 지능형로봇, 무인드론, 농장을자동으로제어할수있는앱, 농가의경영형태및시설형태등 을고려한맞춤형컨설팅기술, 농가가영농활동을하면서의사결정을할수있도록하는정보제공시스템기 술등이다. 그림 1 4 차산업혁명기술체계 기반기술 하드웨어기반 컴퓨팅파워증대 소프트웨어기반 알고리즘성능개선 출처 : 김연중외 (2017) 핵심기술 빅데이터 인공지능 (AI) 센서 /IoT 학습능력강화 인지능력강화 응용기술 자율주행농기계 지능형로봇 무인드론 농장자율제어앱 농가맞춤형컨설팅 농장경영의사결정지원 07 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 03 농업의현안문제와 4 차산업혁명적용모델 스마트팜은 4차산업혁명기술인 IoT, 빅데이터, 인공지능 (AI) 기술이적용된자율주행농기계, 지능형로봇, 농장자율제어앱등을농가 ( 농업법인 ) 및농업관련종사자가이용하는것이다. 스마트팜의실현으로농업의현안문제인노동력부족, 생산성저하, 농가소득정체등을해결할수있으며, 이를해결할수있는하나의수단이 4차산업혁명기술이다. 그러나우리나라농업은 3차산업혁명단계에머물러있다. 3차산업혁명에서데이터는현장조사또는통계자료등정형화된데이터를수집, 수집된데이터를모델화하여그정보를앱을통해농가에게제공하고농가는정보를받아수동컨트롤하는수준이다. 진정한스마트팜이실현되기위해서는 4차산업혁명기술이생산ㆍ유통ㆍ소비부문뿐만아니라후방산업과도연계되어야한다. 더나아가경영성과관리도자동으로이루어져야한다. 그러기위해서는 IoT로수집된정형데이터와 SNS 등으로부터수집된비정형데이터를딥러닝, 인공지능, 시멘틱웹기술로분석하고, 분석된결과를클라우드시스템에올리고, 올려진정보를자율주행농기계, 자동로봇, 무인드론등이이용할수있어야진정한 4 차산업혁명기술을스마트팜에연계시킨것이라볼수있다. 스마트팜선도국인네덜란드의경우, 온실시공, 센서기술등이른바하드웨어부문은후발국가들과의기술차이가없다고판단하고, 빅데이터분석등소프트웨어개발에전념하고있다. 이런면에서네덜란드가스마트팜분야에서다른국가와비교우위를선점할수있었다고판단된다. 우리나라는늦은감은있지만지금부터라도데이터축적에역량을모아야할것이다. 그러나정부는 4차산업혁명의기초라할수있는데이터베이스가충분히구축되어있지않음에도불구하고바로선진국과동일한수준으로단기간에발전할것이라고기대하지는않는지우려가된다. 우리나라농업에 4차산업혁명기술이확대적용되기위해서는생산ㆍ유통ㆍ소비가결합되고, 이를뒷받침할수있는전후방산업에도많은노력이필요하며, 생산ㆍ유통ㆍ소비단계의데이터를수집하고, 인공지능, 딥러닝, 시멘틱웹기술로분석하여현실적용기술인로봇, 드론, 자율주행농기계, 스마트앱등에연계되어야한다. 또한이를발전시키기위해서는보조기능이라할수있는법, 규제, 제도, 자금지원, R&D, 인력육성, 주체별역할등의기반조성이무엇보다중요하다. 08 융합연구리뷰 Convergence Research Review
업혁명대트팜기술데이터 그림 2 4 산업혁명기술스마트팜과연계 사물인터넷 (lot) 빅데이터, 클라우드 전후방 수집저장 데이터블록분석체인 생산빅데이터인공지능 ( 정형, 비정형 ) 딥러닝, 로봇 현실적용 드론 유통 소비 SNS 머신러닝, ㆍㆍㆍㆍㆍ 시멘틱 경영스마트앱자율주행성과농기계 관리 법, 규제, 제도, 자금, R&D, 인력육성, 주체별역할등 출처 : 김연중외 (2017) 04 농업부문의 4차산업혁명기술 적용현황및향후연계방안 4.1 시설원예분야 시설원예생산분야의현안은 1 생산성증대, 2 생산비절감, 3 품질향상이다. 시설원예분야의생산성증대를위해서는복합환경제어관리, 공간재배기술, 생육진단예측기술, 원격전 문가지원등이필요하다. 복합환경제어항목은온도ㆍ습도제어, 탄산가스시비등이다. 필요한데이터를 IoT로수집하고, 수집된빅데이터를인공지능을통해분석하여환경제어와생육조절이자동으로제어될수 있도록하는기술개발이이루어지면생산성증대에크게기여할것으로예상된다. 09 ➋차산업혁명시대의미래스마응스마트팜기술및정책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 생산비절감부분에서는인건비절감과광열비절감이가장큰변수이다. 인건비절감을위한핵심기술은원격제어관리, 파종ㆍ수확자동화, 온ㆍ습도자동제어, 개폐자동제어, 양액자동제어, 원격제어관리, 수확작업의자동화등이있다. 현재우리나라기술적용수준은 IoT로데이터수집과빅데이터분석, 상용앱을통한원격창문개폐와양액제어수준으로일부품목에서는파종과수확에로봇을이용하여노동력을절감하고있기도하다. 광열비절감도생산비절감차원에서매우중요하다. 에너지통합관리시스템을이용하여생육시기별온 습도제어, 국소냉난방제어, 기상데이터와연계하여시설내온 습도를최적으로관리할경우광열비절감을실현할수있다. 이분야의우리나라현재기술수준은 IoT로데이터를수집하고분석하는단계에머물러있다고판단되며온 습도및냉난방시설가동은수동으로하는정도이다. 마지막으로품질향상을위해서는정밀생육환경조절, 생육진단과처방, 병해충예찰, 신선도를위한수확후관리등이중요하다. 현재적용되고있는기술은 IoT를이용하여생육상황, 병해충자료를수집ㆍ분석하여정보를경영주에게제공하면경영주가상용앱또는수동으로조절하는단계이다. 향후수집된데이터를인공지능등을통해분석한후자동으로조절할수있는기술이개발보급되면품질향상에더욱기여할것으로예측된다. 우리나라의시설원예분야에적용된기술수준은아직초보단계이다. 공학전문가, 농학전문가들이공동으 로수집된정형데이터, 비정형데이터를분석하고, 딥러닝등을통해농가가개입하지않는자동제어앱과 로봇등의개발과보급이필요하다. 10 융합연구리뷰 Convergence Research Review
현안문제를해결하기위한적용기술및기술수준트팜기술시설원예작물의 표 1 생산비절감 현안 생산성증대 ( 단수증가 ) 품질향상 출처 : 김연중외 (2017) 인건비절감 광열비절감 적용기술 복합환경제어관리 - 온도, 습도, 제습제어 - 관수, 시비제어 - 탄산가스시비 IoT 현재 4 차산업혁명핵심기술적용실태 빅데이터 공간재배기술 생육진단예측기술 데이터분석 클라우드 원격전문가지원 원격제어관리 파종 - 수확자동화 온 - 습도자동제어 개폐자동제어 양액자동제어 원격제어관리 농작업데이터관리 에너지통합관리시스템 - 생육시기별온습도제어 - 국소냉방, 난방제어 기상데이터결합 정밀생육환경조절 생육진단과처방 병해충예찰 ( 화상 ) 수확후관리 ( 고품질, 안전성 ) 소비자니즈반영 전문컨설팅 ➊차산인공지능로봇등 (AI) 2018 March vol.4 no.3 11 업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 위의결과를바탕으로 4차산업혁명기술을이용하여시설원예분야의경영성과를제고하기위한전체시스템을구상해보았다. 먼저 IoT기술을이용하여데이터를수집하고 ( 외부관리데이터, 환경관리데이터, 생육관리데이터등 ), 수집된정형데이터와비정형데이터를결합한빅데이터를딥러닝, 인공지능등을통해분석한다. 분석된결과를실행수단인로봇 ( 파종-접목, 농약방제 ), 드론, 자율주행농기계등이정보를받아자동으로제어할수있어야한다. 이것이실현될경우비로소스마트팜이한차원성장하여농가경영성과제고가실현되고현안문제인생산성증대, 생산비절감, 품질향상, 소득증대도꾀할수있을것이다. 그림 3 시설원예작물의경영성과제고시스템 외부센서 기온, 강수, 풍속, 일사, 일조, 풍향 빅데이터수집분석 자동제어 환경제어 현안문제 = 경영성과제고 정형 시설제어 생산성증대 IoT 환경센서 온습도, 토양, Co2, Ph, Ec 비정형 생육제어 단수증가 생산비절감 경영성과관리 인건비, 광열비절감 생육센서 엽온, 생육량, 수분스트레스병해충, 생리장애 생산량, 가격, 판매처등 빅데이터 파종-접목로봇 클라우드 농약방제로봇 인공지능 스마트앱 품질향상 고품질, 균일품질 소득증대 출하시기, 출하량, 출하처 딥러닝 시멘틱 자동환경제어 양액자동조절 출처 : 김연중외 (2017) 4.2 유통 - 가공분야 농업분야의유통ㆍ가공분야현안은 1 수급안정, 2 유통효율화, 3 품질향상으로요약될수있다. 먼저유통ㆍ가공분야의핵심인수급안정을위해서는수급예측, 계약재배, 생산ㆍ유통 (ERP), 저장및가공기술, 가축이력축적등이필요하다. 현재우리나라에서적용되고있는수급안정분야의 4차산업혁명기술은 IoT기술을이용해데이터를수집하여빅데이터를분석한후, 그결과를클라우드에업로드하는정도이다. 향후클라우드에서분석된정보를받아자동으로수급예측이이루어져야한다. 12 융합연구리뷰 Convergence Research Review
부분은물류시스템현대화와판매촉진이핵심이다. 물류시스템현대화는온라인경매플랫폼트팜기술유통효율화 ➊차산설치, 원격구매, 전자주문시스템개발, 운반차량관리등이실현될때가능해질것으로예상된다. 이분야의 2018 March vol.4 no.3 우리나라 4차산업혁명기술역시 IoT 데이터수집, 빅데이터분석정도이다. 향후분석된결과가유통업체 에게전달되어의사결정을할수있도록되어야한다. 또하나의유통효율화현안인판매촉진은구매패턴분 석, 스마트상점등의설치운영에의한비용절감과소비자만족도제고이다. 현재유통분야는그나마많은 부문이자동화되어있다고판단되나향후온디멘딩, 블록체인등과같은기술의질적향상이필요할것으로 사료된다. 마지막으로농산물의품질향상현안을해결하기위해서는저온저장시설현대화와등급판정등이중요한 이슈이다. 이에대한우리나라의관련적용기술은기초적인데이터수집ㆍ분석과저장량및저장상태파악 정도이다. 반면등급판정은자동판정기기가보급되어이용되는곳도있지만이를확대보급할필요가있다. 유통분야경영성과제고를위해서는수급데이터, 물류데이터, 판매데이터의통합 IoT 솔루션이필요하며데 이터를이용한이미지경매, 소비자성향에맞는판촉, 판매처선택시스템, 수 발주자동시스템등이개 발ㆍ보급되어야한다. 그림 4 유통분야경영성과제고시스템 빅데이터현안문제수급데이터수집분석자동제어 = 성과제고 생산량, 저장량, 품질 입출고관리 정형저장관리 수급안정 물류데이터 비정형 이력관리 원격구매, 전자주문, 운반차량, 도매시장입출고 물류비절감 판매데이터 판매촉진 소비트랜드, 적기, 적량, 적가 학교급식, 직거래, 도매시장 빅데이터 이미지경매 대형마트, 산지유통 클라우드소비자성향파악 품질향상 인공지능 판매처선택시스템 딥러닝 시멘틱 수발주자동시스템 출처 : 김연중외 (2017) IoT 13 업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 4.3 소비분야 4 차산업혁명시대에는생산, 유통, 소비의구분이모호해져소비분야의현안문제를해결하기위해생산 단계와유통단계에서사전에포착할필요가있다. 소비자가원하는것은고품질, 안전성, 가격안정이며또한 소비자의소비트랜드변화에맞춰생산, 유통ㆍ가공이사전에이루어져야한다. 고품질농산물확보를위해서는생산단계에서선별, 환경제어, 품질모니터링, 예찰및방제, 시비및선별, 가축질병예방이필요하고유통분야에서는등급판정, 수확후저장기술, 소비자니즈가반영된상품을개발보급하기위한기술이개발되어야한다. 농산물안전성을위해서는생산단계의이력제, 원산지표시, 잔류농약검사, GAP 인증, HACCP, 천적 / 화분매개곤충이용, 친환경농자재사용, 동물복지등을위한기술이필요하다. 유통단계에서는성분표시, 유통기한및보관방법등의기술개발이필요하다. 가격안정을위해생산단계에서는수급정보를사전에파악하고, 기상등의변화에따른생산예측정보가필요하다. 유통단계에서가격안정을위해서는수출입정보, 유통업태별시장정보, 국내외농산물이동추적등의정보가수집분석되어야한다. 또한소비트랜드가반영된제품도공급되어야한다. 특히병원식, 고령식, 유아식등특정소비층을위한제품이개발되어야하며, 가상 ( 증강 ) 현실구매가능한기술도보급될필요가있다. 이를해결하기위한데이터수집단계에서안정성관련정보를수집하고, 품질을높일수있는센서, 수요파악을위한정보등의데이터가필요하다. 이런데이터는 IoT 기술을이용하여수집되어야한다. 수집된데이터를보다더정확하고빠르게분석하기위해딥러닝, 인공지능 (AI) 기술이적용되어야하며, 분석된데이터를클라우드에보관하고, 이데이터를이용하여온라인쇼핑, 모바일앱, 스마트폰으로구입할수있도록하여소비자의만족도를높일수있는기술이개발보급되어야한다. 14 융합연구리뷰 Convergence Research Review
업혁명대트팜기술빅데이터 그림 5 소비자의만족도제고시스템 안전성센서 수집분석 자동관리 현안문제 GAP, GOM, 친환경, 이력추적, 원산지 생산관리 정형유통관리 식품안정성 품질센서 비정형 소비트랜드관ㄹ ; 당도, 크기, 등급, 표준화, 등급화, 당함량 고품질 수요파악 가격안정 가격, 소비처, 소비량, 소비시기, 소비트랜드 빅데이터 온라인쇼핑 소비트랜드 클라우드 다양화, 간편식, 건강지양 모바일앱 인공지능고령식, 병원식 딥러닝 스마트폰 시멘틱 출처 : 김연중외 (2017) 05 스마트팜관련정책동향 최근정부는범국가차원에서 4차산업혁명위원회 를설립하고혁신성장을위한사람중심의 4차산업 혁명대응계획을발표하였다 ('17.11.30). 위원회는그동안의 4차산업혁명에대한총론위주의접근을넘어, 국민이체감하는성과와새로운변화를본격창출하기위한구체적인청사진을정부각부처와협의를통해 제시하였다. 4차산업혁명에대한비전으로제시한것은모두가참여하고모두가누리는사람중심의 4차 산업혁명구현이다. 이를달성하기위해다양한신산업창출과주력산업육성, 고질적인사회문제해결을통 한국민의삶의질제고, 양질의새로운일자리창출, 누구나이용할수있는세계최고수준의지능화기술 데이터 네트워크를확보하기위한 [ 지능화혁신프로젝트 ] 를추진중에있다. 지능화혁신프로젝트는산 IoT 15 ➋차산업혁명시대의미래스마응스마트팜기술및정책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 업혁신과사회문제해결부문으로구성되어있으며, 산업혁신분야는의료, 제조, 이동체, 에너지, 금융물류, 농수산업부분의혁신을사회문제해결은도시, 교통, 복지, 환경, 안전, 국방문제의해결을그목적으로한다. 이중, 농업부문의 4차산업혁명대응계획은생산부문에서원격제어중심의 1세대스마트팜을정밀재배 자동제어기반 2세대스마트팜으로확산시키고, 생육정보분석 수확량예측등온실관리소프트웨어 (S/W) 개발및보급, 스마트팜테스트베드를설치운영하여농가의실증기술교육을지원할계획이다. 농가인구감소ㆍ고령화에대응하여전반적인농작업의자동화와특히노동력을많이필요로하는밭농업의기계화율을높이고, 글로벌스마트농업로봇시장을개척하고자한다. 그일환으로스마트농기계를개발하여파종ㆍ수확작업의노동력부담을경감하게하고, 농가의구입부담을경감시키기위해융자조건을우대하고있다. 현재검정기준에따라검정을획득한농기계만을정부에서지원하고있어농기계검정기준절차의신속화를추진할계획이다. 유통부문에서는농산물의수급안정화및소비자신뢰제고를위해, 품질 안전등유통전반의데이터를실시간공유 활용하는스마트유통체계를구축하고자한다. 기상환경을비롯한빅데이터기반으로 5대채소 ( 고추, 마늘, 배추, 무, 양파 ) 의수급예측시스템을도입하고, 수요자맞춤형정보를제공하고자하며, 화상경매등스마트유통망기술개발, 축산물영상등급판정기등자동화설비활용법적근거를마련하고자한다. 재해대응차원에서이상기후및재해발생을사전에예측하고선제적으로대응하는스마트재해대응체계구축으로농가의피해를최소화하고자한다. 사전적재해대응을위해병충해등지역별 품목별재해예측지도와농장단위의조기경보시스템및적조등수산재해예측알람시스템을구축하고자한다. 가축질병예방을위해철새정밀예찰및소독약살포기술개발, 빅데이터기반구제역 조류독감 (AI) 확산예측및대응모델을개발할계획이다. 16 융합연구리뷰 Convergence Research Review
인공지능기반무인화 과학화로정밀농업실현트팜기술농수산업 표 2 ➊차산생산 유통 재해대응 2018 March vol.4 no.3 - 재해예측지도 - 생육정보분석ㆍ생산량예측 - 빅데이터기반수급예측 - 농장단위조기경보 - 스마트팜보급확대 - 화상경매스마트유통망 - 가축질병예방드론, 철새정ㆍ원예 :('17), 4,500ha ('22), 7,000ha - 축산물영상등급밀예찰ㆍ축산 :('17), 1,350호 ('22), 5,000호 - 양식수산물수급예측유통비용절감 - 구제역ㆍAI확산예측모델 - 파종ㆍ수확로봇 : 농가인구감소ㆍ ('16), 55% ('22), 46% - 해양재해예측 - 밭농업기계화율 :('16), 58% ('22), 75 ㆍ ('16), 12시간 ('22), 8시간 7,000ha 5,000호 55% 4,500ha 재해예측 75% 1,350호 12시간 45% 58% 재해예측 8시간 < 원예농가 > < 축산농가 > < 밭농업기계화율 > < 양식수산물수급예측유통비용절감 > < 해양재해예측시간 > 출처 : 4차산업혁명위원회 (2017) 5.1 농림축산식품부 4차산업혁명관련정책 농림축산식품부는 4차산업혁명에대한이해와공감대형성을위하여관련자료를지속적으로배포하고 농업계실태진단을위한인식조사 ( 한국농촌경제연구원, KREI) 및기술수준 선도사례집을발간하였다 [1]. 농업인과식품기업등의관심제고를위한노력도지속적으로하고있다. 외부전문가의견수렴및농업계 관심제고를위해 KREI 주관 농업 농촌 식품부분 4차산업혁명포럼 을구성하여운영하고있다. 농림축산식품부의 4차산업혁명관련기본방향은국제경쟁력을갖춘미래성장산업으로서의농업 농촌 구현을목표로하고, 혁신역량강화를위한인프라조성을추진하고있다. 핵심분야는스마트팜업그레이드, BT 산업과농기자재산업활성화, 관측및위험관리고도화, 유통과식품산업가치창출, 농촌형스마트빌리 지조성등이다. 인프라관련해서는융합연구확대와빅데이터생태계조성, 벤처와농산업이융합한창업 지원등이핵심사항이며, 민간활동에대한걸림돌을제거하는데에도노력을기울이고있다. 17 업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 5.2 농식품분야유관기관대응현황 농촌진흥청은스마트팜 ICT 기기표준화, IoT 기반작물 가축의생육정보자동측정및로봇 드론활용스마트관리기술을개발하고있다. 토마토를중심으로스마트팜측정데이터표준화와빅데이터분석 활용모델개발도추진중이다. 2017년에는 4차산업혁명대응단을구성 운영하고있으며국내외정책및기술동향, 실용화사례분석, R&D 사업화수요를지속적으로발굴할예정이다. 또한 4차산업혁명대응한국형스마트팜 R&D 전략 TF도운영중이며, 스마트팜에대한 1세대, 2세대, 3세대의목표를설정하고연구를진행중에있다 [5]. 농협중앙회는범농협 4차산업혁명대응전략회의를통해상호금융빅데이터시범사업을추진하고 5대채소류에대한수급예측시스템을개발하고있다. 향후농협중앙회는 4차산업혁명대응추진위원회를발족하고금융관련빅데이터플랫폼을구축하여신사업에적용할예정이며스마트팜관련자재및컨설팅사업도추진할계획이다. 한국농어촌공사는통합물관리시스템을통해전국물관리및재난 재해정보를 ICT 기술로통합하는시스템을구축하고있으며 ICT 기반첨단농업시설을신축한후농업경영체에게재임대하는투자플랫폼구축방안을검토중에있다. 향후통합물관리시스템구축의지속적추진을위해정책과기술관련연구를선행하고투자플랫폼역시시범사업도입방안관련경제성분석을실시할것으로예상된다. 한국농수산식품유통공사는수급과유통, 수출및식품에포커스를맞추고있다. 수급문제는주요 5대채소류의수급종합시스템을가동하고화훼유통정보의기초시스템도구축하고있다. 온라인과연계한한국농식품마케팅 판매채널을운영하고각기관에산재한식품원료농산물데이터베이스의통합제공플랫폼을구축할계획이다. 향후수급관련빅데이터통합과수요자맞춤형시스템을구축하고식품원료에대한농산물빅데이터활용시스템고도화에역점을둘예정이다. 농림수산식품교육문화정보원에서는 ICT 기술을융복합한스마트팜보급에역량을집중하여농업경영체, 농림사업, 농경지공간빅데이터구축과활용기반을마련하고있다. 인공지능을활용하여귀농 귀촌상담 18 융합연구리뷰 Convergence Research Review
진행하고 SNS를활용한플랫폼연동을추진하고있다. 향후에는농식품데이터지도및표준화전략을트팜기술을 ➊수립하고스마트팜선도농가를대상으로생육과환경의빅데이터수집과확대, 농가활용서비스방안도개차산발할계획이다. 5.3 스마트팜정책추진경과및목표 [6] 5.3.1. 스마트팜정책추진경과 1) 시설현대화사업추진 1968년부터융자, 보조등다양한방식을통해비닐하우스설치를지속적으로지원해왔으나, 신축중심으로실시되어 2000년대이후 10년이상된온실이 97% 를차지하는등생산시설의노후화가진행되었으나, 2007년한 미 FTA가타결되면서 한 미자유무역협정체결에따른농업부문국내보완대책 의일환으로 10 년간 ( 08~ 17) 5천억원규모의정책자금을투입해노후화된비닐온실등의현대화를추진하였다. 온실증축, 내재해성강화, 측창개폐기등자동화기기도입등원예시설의구조개선과운영효율화를집중적으로지원하였다. 2009년부터는 농업에너지이용효율화사업 을도입하여다겹보온커튼, 지열냉난방설비와같은신재생에너지시설로지원대상을확대하였다. 2) 농업과 ICT 융합을위한연구개발과정책추진 IT 산업을체계적으로육성하기위한 IT 839전략 1) 의일환으로여러산업분야에걸친유비쿼터스 (u-it) 기술검증사업을추진하였다. 농업분야에서도지식경제부 ( 정보통신부 ) 주관으로 u-farm 선도사업 을실시해 25개시험모델을운영 ( 04~ 09년) 하였다. 센서를활용한최적생장환경구현과전자태그 (RFID) 를활용한이력추적시스템등농식품분야와 IT기술의융합가능성을입증하였으나, 소규모실증실험단계에그쳤다. 1) 2004년 3월국민소득 2만달러조기달성을위한정책의일환으로정보통신부가수립한 IT산업개발전략. 8은 8대신규서비스 ( 휴대인터넷, 홈네티워크등 ), 3은 3대인프라 ( 광대역통합망, 유비쿼터스센서네트워크등 ), 9는 9대신성장동력 ( 차세대이동통신, 임베디드소프트웨어등 ) 을의미함. 2018 March vol.4 no.3 19 업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 2010년농림수산식품부로 농수축산분야 u-it사업 이이관되면서농업경쟁력향상을목표로한생산정밀화모델개발이본격화되었고, 생산성향상등의성과가가시화되었다. 매년 ICT 융복합모델발굴사업을진행하여시설원예, 축산, 유통등총 20건의모델개발및현장실증을추진 ( 10~ 13년) 하였다. 시설원예분야는관련모델발굴사업이가장많이시도되었고, 기술개발도진전되면서토마토, 파프리카등일부품목은확산가능한기술수준에도달하였다. 축산분야는시장규모가큰양돈을중심으로사료자동급이시스템등핵심시설과운영모델등이현장적용단계에진입하였다. 한편, 시설원예분야에대한정책적지원에힘입어파프리카등을재배하는선도농가를중심으로네덜란드등선진국의유리온실과관리소프트웨어 (S/W) 를도입하여적용하는사례도등장했으나, 국내기술은 R&D 수준에머무르며시설현대화와연계되지못하였다. 3) 농업의스마트팜본격추진그동안의 R&D 지원으로농업현장에적용가능한스마트팜모델이정립됨에따라 2013년부터시설증 개축등하드웨어 (H/W) 위주접근방식에서탈피하여 ICT를접목한농업의스마트화를중점추진하였다. 2013년 농식품 ICT 융복합확산대책 을마련하여생산, 유통, 소비등부문별 ICT 융복합현황을진단하고, 스마트팜보급, R&D, 산업생태계조성등정책기본방향을설정하였다. 2014년부터시설원예, 축산분야를중심으로스마트팜의본격적인현장확산을추진하였으나첫해보급실적은목표치시설원예 330ha, 축산농가 80호에못미치는시설원예 60ha, 축산농가 30호에머물면서, 본격적인확산을위한체계적이고실효적인추진기반이요구되었다. 이후 2015년 1월창조농식품정책관실출범과함께농식품부내에서산발적으로운영되던스마트팜추진체계를일원화하고, 원예, 축산등관련부서와함께시설현대화사업과연계하여신속한현장보급을추진하였다. 이와함께, 정책자금지원, R&D, 교육 훈련, 관련기업육성등스마트팜과관련된전반적인산업생태계를조성하기위한 ICT기반첨단농업 행복한농촌조성방안 을마련하여추진하였다. 5.3.2. 스마트팜정책목표및방향 1) 스마트팜정책목표 정부의정책목표는스마트팜을집중보급하여농가생산성향상및농업경쟁력을강화하고, 스마트팜관 20 융합연구리뷰 Convergence Research Review
산업의선순환생태계를조성하는것을골자로하고있다. 이에 2017년까지시설원예 4,000ha( 시설현대트팜기술련 화면적의 40%), 축산농가 700 호 ( 전업농의 10%) 및과수농가 600 호 ( 과원규모화농가의 25%) 에스마트팜을 보급할계획이다. 시설원예부문에는 ICT 융복합시설설치가가능한현대화된시설 ('14 년기준 11,700ha) 의 40% 수준까지스마트팜시설을보급할계획이다. 축산부문에는양돈 양계중심에서젖소, 한우등축종별모델개발을순차적으로진행하여축산전업농 의 10% 수준인 700 호까지단계적으로확대할계획이다. 노지분야에는과원규모 1.5ha 이상, 농산물판매 액 1 억원이상농가 (2,582 호 ) 의 25% 수준인 600 호까지확대할계획이다. 또한스마트팜보급확대와운영성과제고를위한교육등현장지원체계를강화하여스마트팜도입농가 의생산성을 30% 향상하는데중점을둘계획이다. 스마트팜에대한정부투자및시장확대를기반으로관 련산업이동시에발전하는선순환생태계조성을목표로하고있다. 정부주도의스마트팜확산및우수사 례를창출하여스마트팜수요를확대하고관련산업의기술발전을도모하여스마트팜의전체적인단가인 하를이끌어스마트팜보급확대, 시설설치지원, R&D 등정부의초기투자가시장확대로이어져관련업 체의경쟁력을높이고수출산업으로까지도약할수있도록지원할계획이다. 표 3 시설원예 축산 2017 년스마트팜보급목표 분류목표내용 첨단수출형 600ha 파프리카, 토마토, 화훼등첨단온실에기반한주요수출품목시설면적전체 (100%) 연동복합형 2,400ha 오이, 딸기규모화 현대화가진전된연동형온실 (7,853ha) 의 30% 수준 단동간편형 1,000ha 참외, 수박주산지단동형온실 (10,719ha) 의 10% 수준 양돈 낙농 양계 310 호 230 호 160 호 주요축종별전업농의 10% 수준 노지과수 600 호규모화된과원농가의 25% 수준 출처 : 농림축산부농림시행지침서 21 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 2) 스마트팜정책방향정부의스마트팜정책의기본방향은정책자금지원, R&D, 교육훈련, 기업육성등의종합적접근과스마트팜확산의장애요인을해소하여스마트팜보급을가속화하고관련산업성장기반을강화하는것이다. 첫째, 시설현대화사업과스마트팜보급을동시에추진하여 ICT 융복합시설도입이가능한기반자체를확대하고, 농가의투자부담을완화시킬수있도록한다. 둘째, 스마트팜도입에따른생산성향상, 노동력절감등의성과를객관적으로분석 홍보하여농업인이자발적으로스마트팜을도입하도록유도하고자한다. 셋째, 관련기자재및생육관리등스마트팜의핵심부품및기술을국산화 표준화하여우리농업환경및여건에맞는한국형스마트팜모델을만들고단가를인하할수있도록기술개발을강화하고자한다. 넷째, 농업인과관련인력이 ICT 활용능력및작목별전문성을갖춰현장에서스마트팜의효과를 100% 발휘할수있게지원하고농업인에게꼭필요하나기업이충족시키지못하는사후관리 (A/S) 와같은핵심기능을정부에서지원하여농가의애로사항도해소하고, 관련기업의동반성장을위한발판을마련하고자한다. 5.4 정부의스마트팜확산사업 [6] 5.4.1. 시설원예부문스마트팜활성화목표에따라정부는 ICT 융복합확산-스마트팜시설보급 지원사업을추진하고있다. 지원사업의목표는 ICT 기술을적용한온실등농업시설에자동 원격제어를통한온 습도관리, 최적생육환경조성에필요한복합환경제어시스템구축등스마트팜관련시설을지원하는것이며, 환경관리, 생장관리, 정보분석등으로구성되어있다. 구체적으로환경관리부문은온도 습도 CO 2 광량 풍속등에대한정보수집및원격모니터링, 생장관리부문은측장 난방등환경제어와양액등생육에필요한복합환경관리, 마지막으로정보분석부문은축적된생육정보데이터베이스 (DB) 를활용한분석및컨설팅지원등이이사업에해당된다. 근거법령은 자유무역협정체결에따른농어업인등의지원에관한특별법 제5조 ( 농어업등의경쟁력향상을위한지원 ) 이며, 연도별재정투입은 2014~2016년까지각각 200억원, 2017년이후는 840억원의예산을투입할계획이다. 22 융합연구리뷰 Convergence Research Review
재정투입계획 ( 시설원예 ) 트팜기술연도별 표 4 단위 : 백만원 2014 2015 2016 2017 이후 합계 20,000 20,000 20,000 84,000 국고 4,000 6,000 4,000 16,800 융자 6,000 6,000 6,000 5,040 지방비 6,000 6,000 6,000 5,040 자부담 4,000 4,000 4,000 16,800 사업대상자는채소 화훼류등 ( 육묘, 버섯, 인삼, 인삼 약용채소 ) 자동화재배시설을운영하는농업인 농업법인 생산자단체이며 시설원예현대화사업 등을통한 ICT 시설기반구축사업을동시에추진하고있다. 지원대상은시설원예분야 ICT 융복합시설장비및정보시스템인센서장비 ( 외부온도 풍속 강우 조도등과시설내부온습도, CO 2, 토양수분, 배지수분, 양액 EC/pH 모니터링을위한센서장비 ), 영상장비 ( 영상모니터링장비등 ), 제어장비 ( 환풍기, 천창, 측창, 차광커튼, 보온커튼, 광량, 강우및양액재배시설등제어장비 ), 정보시스템 ( 온실내센싱, 제어정보의모니터링, 제어및분석시스템 ) 등이다. 지원형태는국고 ( 보조 20%, 융자 30%), 지방비 30%, 자부담 20% 로구성되며융자금일부는지방비대체가가능하다. 지원상한액은 2억원 ( 총사업비기준 1백만원미만사업지원제외 ) 으로사업집행시실단가를적용한다. 사업주관기관장책임하에철저한검토 확인 ( 사업비산출근거, 견적서, 원가계산서, 타지자체사례등 ) 을거쳐집행하게되어있다. 5.4.2. 축산부문축산부문 ICT 융복합확산사업의목적은축산농가의생산비절감및최적사양관리등으로경쟁력을강화하기위한 ICT 융복합장비지원 이다. 사업의범위는환경관리, 생장관리, 정보분석으로구분할수있다. 구체적으로환경관리부문은축사내부 ( 온도, 습도, 정전, 화재 ), 외부 ( 온도, 습도, 풍향, 풍속, CCTV) 등의정보수집및원격모니터링, 사양관리부문은사료빈관리기, 출하선별기, 자동급이기, 음수관리기등의제어 23 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 를통한사양관리, 마지막으로경영관리부문은생산관리, 경영관리, 출하관리등을통한경영계획수립및 분석등이이사업에해당된다. 근거법령은시설원예부문과마찬가지로 자유무역협정체결에따른농어업인등의지원에관한특별법 제5조 ( 농어업등의경쟁력향상을위한지원 ) 이며, 2016년재정투입은 135억원이며 2017년이후에는 153 억원의예산이투입될계획이다. 사업대상자는 ICT 융복합시설적용이가능한양돈경영체로시설현대화조건을갖춘돈사이며 1,000두를기본단위로규모별로적용 ( 최소 700두이상 ) 하는것으로규정하고있다. 지원형태는국고보조 30%, 융자 50%, 자부담 20% 로구성되며융자금및자부담을지방비로대체할수있다. 지원한도액은 1,000두를기준으로 1억원수준으로시설및사육두수증가에따라사업비증액은규격및서비스기준을준수하고사전컨설팅결과를반영한실소요액을반영한다. 또한사업비의상한액기준은 5억원이다. 표 5 연도별재정투입계획 ( 축산 ) 단위 : 백만원 2014 2015 2016 2017 이후 합계 7,200 9,000 13,500 15,300 국고 2,160 2,700 4,050 4,590 융자 3,600 4,500 6,750 7,650 자부담 1,440 1,800 2,700 3,060 24 융합연구리뷰 Convergence Research Review
트팜기기술개발방향 [7] 6.1 국내스마트팜기술수준 스마트팜관련기술수준을 1 세대, 2 세대, 3 세대로구분할수있다. 1 세대는센서를통한환경변화모니터링과편리성증진, 기능제어등제어시스템으로구성된다. 한국은 1.5 세대로서일본의 2 세대를추격중이다. 2 세대기술은스마트팜최적화단계이다. 일본이현재 2 세대로미국을추격하고있는단계이다. 2 세대는생 육환경의최적화알고리즘적용, 생산성향상, 농작물의질병예방및생육진단서비스를제공하는단계이다. 3 세대는네덜란드로가장기술수준이우위에있다. 미국이네덜란드를추격하고있으며, 시설내온 습 도등을자율적으로조절할수있도록기술을개발하여수출하는단계이다. 그림 6 1 세대 1.5 세대 2 세대 3 세대 모니터링단계제어단계최적화단계자율화단계 센서를통한환경변화모니터링 출처 : 정재진 (2017) 국내스마트팜기술단계 편리성증진 기능제어 우리나라 일본추격형 최적화알고리즘적용 생산성향상 예방, 진단서비스가능 미국 네덜란드추격형 대한민국일본미국네덜란드 자율적운영 자동화및개인화 맞춤형서비스 플랜트수출 온실환경관리에초점을둔제어 Big Data 분석을통한지능적처방 25 2018 March vol.4 no.3 ➊차산술06 스마트팜기술수준및 업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 4차산업혁명기술개발방향설정을위해세계주요국과우리나라의기술수준을비교해볼필요가있다. 이에, 농림식품과학기술의효율적관리와농식품 R&D 통합조정의틀인 농림식품과학기술분류체계 (2017.12.29 고시 ) 를바탕으로 4차산업혁명과농식품분야에관련된기술을농림식품기계 시스템 ( 농업시설 환경기계 시스템 / 농업자동화 로봇화 ) 과농림식품융복합 ( 식물공장 / 유비쿼터스정보화기술 ) 기술로나누어살펴본각각의기술수준은다음과같다. 먼저우리나라농림식품기계 시스템분야의기술수준은최고기술보유국인미국을 100.0으로보았을때 75.0으로주요국 9개국가중 8위이다. 중국은 66.2로우리보다낮은수준이다. 농업기계 시스템은최고기술국 ( 미국 ) 대비 76.6, 식품기계 시스템은최고기술국 ( 독일 ) 대비 68.0, 임업기계 시스템최고기술국 ( 미국 ) 대비 78.0, 축산업기계 시스템최고기술국 ( 네덜란드 ) 대비 76.5 수준으로전체적으로추격그룹에속한다. 표 6 농림식품기계 시스템분야기술수준 ( 기술선진국 =100.0) 분야한국미국일본영국프랑스 네덜란드 독일호주중국 중분류 농업기계시스템 식품기계시스템 임업기계시스템 축산업기계시스템 76.6(8) 100.0(1) 97.3(2) 86.7(6) 87.0(5) 95.2(3) 94.9(4) 84.3(7) 64.6(9) 68.0(8) 98.7(2) 98.5(3) 87.2(4) 86.0(5) 84.4(6) 100.0(1) 75.2(7) 63.6(9) 78.0(5) 100.0(1) 99.4(2) 78.7(4) 76.2(7) 75.6(8) 92.1(3) 76.5(6) 75.0(9) 76.5(8) 99.5(2) 96.6(4) 92.3(6) 92.9(5) 100.0(1) 97.4(3) 85.1(7) 64.8(9) 전체 75.0(8) 100.0(1) 98.2(2) 86.8(5) 86.4(6) 90.8(4) 96.5(3) 81.4(7) 66.2(9) 주 : 기술선진국 = 100.0, () 순위 다음으로농림식품융복합기술수준은미국을 100.0로할때우리는 73.0으로농림식품기계 시스템분야와마찬가지로추격그룹에속하며주요 9개국가중 8위수준이다. 농생명신소재 시스템분야의기술수준이상대적으로높은수준을나타내고있으나, 농생명신소재 시스템의최고기술보유국 ( 미국 ) 대비 74.6, 농생명에너지자원기술은최고기술보유국 ( 독일 ) 대비 68.2, 농생명정보 전자기술은최고기술보유국 ( 미국 ) 대비 71.5로전제적으로추격그룹에속한다. 26 융합연구리뷰 Convergence Research Review
융복합분야기술수준트팜기술농림식품 중분류 표 7 분야한국미국일본영국프랑스 농생명신소재 시스템 농생명에너지자원 농생명정보 전자 네덜란드 독일호주중국 74.6(8) 100.0(1) 93.3(2) 85.6(4) 84.3(5) 83.4(6) 89.1(3) 79.1(7) 70.8(9) 68.2(8) 97.4(2) 92.9(4) 85.4(5) 84.7(6) 94.1(3) 100.0(1) 83.3(7) 66.3(9) 71.5(8) 100.0(1) 88.3(2) 81.4(6) 81.7(5) 86.9(4) 87.5(3) 77.8(7) 64.5(9) 전체 73.0(8) 100.0(1) 92.5(2) 85.0(5) 84.2(6) 86.7(4) 91.2(3) 80.0(7) 68.8(9) 주 : 기술선진국 = 100.0, () 순위 6.2 4 차산업혁명적용가능기술및개발중인기술 [9] 현재 4 차산업혁명기술중우리나라농업부문에적용가능한기술은다음과같다. IoT 기술은스마트팜 원격재배, 동물체내에센서를삽입하여건강관리, 농산물자동선별정보및입출고관리, 수발주 배송등 농식품유통이력관리, 기능성식품개발등에이용되고있다. 로봇부문에서는무인자동화기술을활용하고 있는식물공장, 자동육묘및파종로봇등이있다. 드론분야에서는무인기활용방제와드론활용산지작 황정보관측등에이용되고있다. 클라우드기술은소비자의농산물구매성향분석, 질병방역대및차량이 동등의빅데이터분석을활용한축산질병예측등에적용가능하다. 나노및바이오부문은우수종자관리, 유전자분석기술을활용한축산질병탐색기술이개발되었고유전자분석기법및패턴분석기술을활용한 원산지식별기술도적용가능하다. 27 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 표 8 4 차산업혁명기술의농업부문적용가능기술 주요기술분야농업부문적용가능기술 IoT 기반스마트팜을통한원격 자동농작물재배 사물인터넷 ( 인공지능 ) 로봇 ( 무인자동화 ) 드론 ( 무인기 ) 빅데이터 ( 클라우드 ) 나노 바이오 기타 생산유통식품생산생산관측질병생산소비, 유통질병관측생산질병소비소비에너지 딥러닝등인공지능기술탑재를통한최적재배 동물체내사입형센서를활용한동물건강 질병관리 자동선별정보, 입 출고관리, 수발주, 배송등농식품유통이력관리 기능성식품개발, 안전관리및 IoT 기반기술활용한메뉴판활용 무인자동화기술을활용한식물공장 자동육묘및파종로봇기술 무인주행기술을활용한노지작물방제및축사청소로봇 탐색기술을활용한무인수확기등작업기 이미지탐색기술을활용한생육정보자동취득 농작업보조로봇을활용한노동절감및작업패턴분석 드론 ( 무인기 ) 을활용한방제 원격탐사, 드론및빅데이터기술을활용한산지작황정보관측 드론을활용한작물 ( 산림 ) 질병등예측 탐지 스마트팜환경 생육정보활용최적재배환경컨설팅 빅데이터기반소비자농산물구매성향분석및직거래유통지원 질병방역대및차량이동등의빅데이터분석을활용한축산질병발생예측및분석, 방역관리 빅데이터정보를활용한영농정보종합지원, 스마트팜맵, 공간정보기반의빅데이터활용 분광스펙트럼을활용한이병종자및유전자변형농산물관리 DNA 등유전자분석기술을활용한축산질병탐색 나노및핵융합기술활용축사 산지유통시설의유해환경요소관리 유전자분석기법및패턴분석기술을활용한원산지식별 3D 프린팅을통한소규모판매, 농산물포장재개발 가축분뇨, 발전소폐열, 신재생에너지등을활용한에너지저장 (ESS) 및통합 (EMS) 관리기술 28 융합연구리뷰 Convergence Research Review
농업분야에서개발중에있는 4차산업혁명기술은빅테이터, 인공지능 (AI), 로봇, IoT, ICT 융복합트팜기술현재 등이있다. 빅데이터분야에서개발중인기술은기상정보및관련빅데이터를활용한농업용저수지정보분 석기술, 가축의형질결정유전인자에대한빅데이터분석을통한생산성향상, 신경회로망응용토마토주 요병해충실시간진단분석기술등이있다. 인공지능 (AI) 분야에서개발중인기술은인공지능기반 IoT 클 라우드형개방형스마트팜통합제어장치개발및산업화, 가축생체정보기반동물복지돈사관리모형개발, 신경회로망응용토마토주요병충해실시간진단분석기술등이있다. 로봇분야에서개발중인기술은병 충해모니터링용무인기및항공방제용무인기등이있으며, ICT 융복합분야에서는가축의생산성향상을 위한 ICT 융합기술이적용된스마트통합제어및모니터링시스템등이있다. 표 9 분야 빅데이터 인공지능 (AI) 로봇 사물인터넷 (IoT) 농업부문 4 차산업혁명기술개발중인과제 농업부문에적용가능한기술개발중인과제 기상정보및관련빅데이터를활용한농업용저수지정보분석기술개발 작물생육자동센싱및생육데이터분석시스템개발 축산 ICT 장치기준설정및빅데이터활용, 젖소건강모니터링기술연구 가축의형질결정유전인자에대한빅데이터분석을통한생산성향상기술개발 빅데이터기반종축선발체계및 ICT 융합종자개량정보활용기술개발 인공지능기반 IoT 클라우드형개방형스마트팜통합제어장치개발및산업화 가축생체정보기반동물복지돈사관리모형개발 신경회로망응용토마토주요병충해실시간진단분석기술개발 ICT 연동축사자동사료급여및다기능작업용로봇시스템개발 농업생산무인자동화인력양성및연구 병충해모니터링용무인기및항공방제용무인기개발을통한방제시스템구축 주요밭작물의생육모니터링을위한무인기기반원격탐사기술개발 IoT 상태모니터링기술기반스마트양봉시스템구현및국가방역체계적용 IoT 기반저수지붕괴예 경보시스템개발 IoT 기반양돈작업환경통합제어환경구축및안전증진연구 29 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 분야 농업부문에적용가능한기술개발중인과제 ICT/BT 기반양파 마늘작물의가뭄 저온 병해현장진단및작황예측기술개발 영상기술활용가축호흡기질병과철새이동모니터링및피드백시스템개발 u-it기반광역통합 RPC 모델개발 ICT 융복합기술활용배및파프리카안전및품질관리기술개발 시설원예스마트팜관련신제품실증시험지원및테스트베드구축 ICT 기반시설재배양액의재활용및환경제어복합형양액시스템개발 스마트폰기반주요시설원예작물병해충진단 처방시스템구축및실증연구 ICT도입으로농산물유통효율개선이가능한온라인직경매시스템사업화 축산스마트팜용 ICT 기자재국산화기술개발 ICT 융복합 ICT 기반지능형스마트폰앱과나노촉매기술을활용돈사악취저감시스템기술개발 열화상카메라기술을활용한 ICT 융합대가축건강모니터링기술개발 시설농업용 ICT 융 복합기술기반 CO2시비및에너지통합시스템개발 시설원예생산량증대및경영비절감을위한클라우드기반자율제어시스템개발 ICT기반농업가뭄모니터링신기술개발 시설농업 ICT융합운영활성화모델개발 ICT융합스마트원예시설산업화모델개발 ICT 시설원예데이터기반복합환경제어기기능개선방안연구 ICT 활용축종별스마트축사관리모델개발 ICT융합시설재배포도병해충예측및생육정밀관리기술연구 ICT기반공정육묘스마트관수시스템연구출처 : 농림축산부내부자료 30 융합연구리뷰 Convergence Research Review
IoT분야는 IoT 기반저수지붕괴예 경보시스템개발, IoT 기반양돈작업환경통합제어환경구축및안트팜기술➊전증진연구를수행하고있다. ICT 융복합분야에서개발중인기술은 ICT/BT 기반양파 마늘의가뭄 저차산온 병해현장진단및작황예측기술, 영상기술을활용하여가축의호흡기질병과철새이동모니터링및피드백시스템개발중에있다. 또한, 스마트팜관련신제품실증시험지원및테스트베드구축, 스마트폰기반주요시설원예작물병해충진단 처방시스템구축및실증, 시설농업용 ICT 융 복합기술기반 CO2시비및에너지통합시스템개발, 시설원예작물의생산량증대및경영비절감을위한클라우드기반자율제어시스템이개발중에있다. 유통부문에서는 ICT도입으로농산물유통효율개선이가능한온라인직경매시스템사업화, ICT기반지능형스마트폰앱과나노촉매기술을개발하고있다. 축산분야에서는돈사악취저감시 2018 March vol.4 no.3 스템기술개발, 열화상카메라기술을활용한 ICT 융합대가축건강모니터링기술개발, ICT 활용축종별스마트축사관리모델개발등이이루어지고있다. 6.3 스마트팜발전을위한전략우선순위결정 [10] 스마트팜발전을위한우선순위를결정하기위해농림축산식품부주도의 스마트팜워킹그룹 및농업관련유관기관및스마트팜전문가등과심층논의를통해주제별로전략기준을설정하고이를수행하기위한세부항목과발전전략을수립하여우선순위를정하는계층분석 (AHP: Analytic Hierschy Process) 을실시하였다. 스마트팜발전을위한전략우선순위는 4차산업혁명관련인프라구축 이가장시급한것으로나타났고, 다음으로 비즈니스모델개발 이필요한것으로분석되었다. 이는 IoT, 빅데이터, 센싱기술, 클라우드컴퓨팅등관련기술보다는그기술들이실현될수있는생태계조성이우선적으로실현되어야함을의미한다. 또한관련기술들이개발에만그치지않고사업화까지연결될수있는체계가구축되어야할것이다. 전반적으로스마트팜발전을위한우선전략을관련인프라구축에두고있으나전문가그룹별로는다소견해차이가있었다. 31 업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 경제ㆍ정책분야의전문가는 4 차산업핵심기술적용에우선순위를두었고, 기술분야전문가는비즈니스 모델개발에중점을두고있었다. 이러한차이는경제 정책전문가가 4 차산업핵심기술의적용자체에무게 를두는반면, 기술전문가는스마트팜의경제성에방점을두고있기때문이라고판단된다. 표 10 스마트팜확대방안마련을전략우선순위 전략적기준 전체전문가 경제정책전문가그룹 기술분야전문가그룹 4차산업핵심기술적용 0.242 0.299 0.200 비즈니스모델개발 0.319 0.252 0.378 4차산업인프라구축 0.439 0.450 0.422 주 : CI =0.0048, CR= 0.0084.( 전체전문가결과 ) 첫번째중요전략은 4 차산업혁명인프라구축 이다. 세부적으로중요도를살펴보면, 제일먼저 인력육 성 방안마련이가장필요한것으로나타났다. 다음으로는 R&D 강화 와 데이터인프라구축 순이다. 경제 정책전문가그룹은인력육성에못지않게 법, 제도정비 를중요한전략요인으로판단하고있다. 표 11 스마트팜확대방안마련을위한인프라구축우선순위 4차산업인프라구축 전체전문가 경제정책전문가그룹 기술분야전문가그룹 법, 규제, 제도정비 0.126 0.207 0.082 자금지원 0.065 0.063 0.064 R&D 0.192 0.185 0.192 인력육성 0.218 0.217 0.212 데이터인프라구축 0.165 0.125 0.197 스마트팜런칭프로그램 0.109 0.097 0.116 주체별역할 0.125 0.106 0.137 주 : CI =0.0018, CR= 0.0014.( 전체전문가결과 ) 32 융합연구리뷰 Convergence Research Review
번째로중요전략은 비즈니스모델개발 이다. 이부문에서 자율주행농기계 와 지능형로봇 적용이세트팜기술두 ➊차산부전략에서우선순위가가장높게나타났다. 우리나라에서가장큰농업현안은농업노동력부족임을명시 2018 March vol.4 no.3 33 한것이다. 전문가그룹경제 정책전문가는 자율주행농기계 와 지능형로봇 적용을, 기술분야전문가는 자율주행농기계 와 관련앱개발 을중요한세부전략요소로지적하였다. 표 12 스마트팜확대방안마련을위한비즈니스모델개발우선순위 비즈니스모델개발 전체전문가 경제정책전문가그룹 기술분야전문가그룹 지능형로봇 0.191 0.220 0.170 드론 0.158 0.183 0.139 자율주행농기계 0.197 0.189 0.202 3D 프린팅 0.077 0.074 0.079 블록체인 0.076 0.064 0.087 앱 (App) 개발 0.185 0.165 0.201 나노 / 신소재 0.115 0.104 0.122 주 : CI =0.0107, CR= 0.0081.( 전체전문가결과 ) 세번째주요전략은핵심기술적용부문이다. 이부문에서가장먼저수립해야할전략은 데이터분석 과 빅데이터 인것으로나타났다. 이두기술은 4차산업혁명기술중에서가장핵심기술이라말할수있다. 표 13 스마트팜확대방안마련을위한핵심기술개발우선순위 4차산업핵심기술적용 전체전문가 경제정책전문가그룹 기술분야전문가그룹 사물인터넷 0.094 0.120 0.076 센싱 0.167 0.147 0.179 빅데이터 0.191 0.221 0.166 데이터분석 0.232 0.269 0.201 클라우드컴퓨팅 0.107 0.093 0.116 딥러닝 0.096 0.072 0.117 인공지능 0.113 0.078 0.146 주 : CI =0.0112, CR= 0.0085( 전체전문가결과 ) 업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 6.4 스마트팜기술의중요도 [10] 4 차산업혁명대응스마트팜의분야별세부전략에대한리커트척도를통해분야별중요도를분석하였다. 4 차산업혁명핵심기술적용분야에서는 IoT, 센싱기술, 빅데이터, 데이터분석등이중요도가높았으며상 대적으로클라우드컴퓨팅, 딥러닝, 인공지능등은다소낮은것으로나타났다. 표 14 4 차산업혁명대응스마트팜의분야별중요도평가 전략기준세부항목전체전문가경제정책전문가그룹기술분야전문가그룹 a) 사물인터넷 4.05 4.16 3.96 b) 센싱기술 4.40 4.21 4.54 4 차산업핵심기술적용 비즈니스모델개발 4 차산업인프라구축 c) 빅데이터 4.42 4.47 4.38 d) 데이터분석 4.37 4.53 4.25 e) 클라우드컴퓨팅 3.72 3.68 3.75 f) 딥러닝 3.79 3.79 3.79 g) 인공지능 3.98 3.90 4.04 a) 지능형로봇 4.23 4.37 4.13 b) 드론 4.05 4.26 3.88 c) 자율주행농기계 4.19 4.21 4.17 d) 3D 프린팅 3.33 3.32 3.33 e) 블록체인 3.09 3.05 3.13 f) 앱 (App) 개발 3.91 3.95 3.88 g) 나노 / 신소재 3.42 3.53 3.33 a) 법, 규제, 제도 4.14 4.42 3.92 b) 자금지원 3.67 3.74 3.63 c) R&D 4.28 4.26 4.29 d) 인력육성 4.38 4.39 4.38 e) 데이터인프라 4.22 4.29 4.17 f) 스마트팜런칭프로그램 3.59 3.65 3.54 g) 주체별역할 3.78 3.82 3.75 주 : 중요도평가는 가장중요 5 점, 중요 4 점, 보통 3 점, 적게중요 2 점, 중요하지않음 1 점 34 융합연구리뷰 Convergence Research Review
모델개발분야에서는지능형로봇과드론, 자율주행농기계가중요한분야로분석되었고블록체트팜기술비즈니스 인의경우에는가장낮은중요도를보였다. 4차산업혁명인프라구축분야에서는인력육성, 데이터인프라, R&D가가장중요한요소로분석되었으며자금지원, 런칭프로그램등은상대적으로중요도가낮은것으로나타났다. 07 결론 4차산업혁명기술을이용하여농업분야를한단계도약시키기위해서는농업을미래성장산업에포함시켜야하다. 이를위한혁신전략은스마트팜도입농가의기술활용기반구축전략, 4차산업혁명기술보급확대전략, 스마트농업의인프라구축과지속적으로스마트농업을육성하기위한거버넌스체계구축이다. 먼저, 스마트농업도입농가의기술활용기반을구축하기위한스마트농업의기술보급확대를위해서는초기투자자본지원강화, 농가수준에맞는맞춤형지원등이필요하며, 무엇보다도농가가스마트농업을도입하고자할때필요한서류, 인허가, 대출조건등많은행정절차와시간을일괄처리할수있는원스톱시스템구축이중요하다. 또한처음스마트농업을접하는농가의투자대비성과불확실성을감소시키기위해선진농장견학과테스트베드실습으로기술습득과동시에성과확신을사전에갖게할필요가있다. 둘째, 스마트팜의보급확대를위해서는스마트팜을실질적으로실천가능하게하는인력육성, 민간투자활성화, 테스트베드설치운영등이필요하며, 스마트팜의수요자인농가가직접사용할수있는농업용앱개발보급이시급하다. 35 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
01 4 차산업혁명대응스마트팜기술및정책동향 셋째, 기술개발및보급확대인프라구축부문이다. 현재스마트농업의확산에걸림돌이될수있는법, 제도의정비가요구되며농가정보를보호할수있는개인정보보호방안이절실하다. 또한스마트농업에서가장중요시되고있는데이터구축확립과지속적인스마트농업발전을위한 R&D 중장기로드맵도사전에준비되어야한다. 마지막으로 4 차산업혁명기술관련및각농업주체들의역할정립및컨트롤타워설치, 전ㆍ후방산업연 계를위한거버넌스체계구축도절실히필요하다. 그림 7 스마트팜확대전략및추진과제 목표 농업을미래성장산업으로도약 ( 전략 1) 기술활용기반구축 ( 전략 2) 기술보급확대 전략및과제 1 초기자본지원 1 전문인력육성 2 맞춤형컨설팅 2 민간투자활성화 3 원스톱지원시스템 3 테스트베드설치운영 4 성과에대한확신 4 스마트팜플랜트수출 5 농업용앱개발보급 ( 전략3) 인프라구축 ( 전략4) 거버넌스체계구축 1 법, 규제, 제도정립 1 주체별역량강화 2 개인정보보호망 2 컨트롤타워설치 3 빅데이터구축 3 네트워크시스템 4 중장기 R&D 로드맵 4 전-후방산업연계 출처 : 김연중외 (2017) 저자 김연중 학력 전북대학교농업경제박사전북대학교농업경제석사전북대학교농업경제학사 경력 Kim, Yean-Jung 現 ) 한국농촌경제연구원선임연구위원 36 융합연구리뷰 Convergence Research Review
트팜기술참고문헌 1. 김연중외 4 차산업혁명대응스마트농업발전방안 한국농촌경제연구원 2017 2. 강원일보. 4 차산업혁명과일자리지각변동 (2017. 5. 22) 3. 하원규 최남희. 2015 제 4 차산업혁명 콘텐츠하다 4. 4 차산업혁명위원회 4 차산업혁명대응계획 요약정리 2017.11 5. 김상철농진청내부자료 6. 농림축산식품부농림시행지침서각년도 7. 농림식품기술기획평가원 2016 농림식품기술수준평가 2016. 8. 정재진 4 차산업혁명과농업생산혁신전략 4 차산업혁명과농업 농촌변화전망 세미나자료집농림식품기술기획평가원 2017. 9. 농림축산식품부내부자료 10. 김연중외스마트팜운영실태분석및발전방향연구. 한국농촌경제연구 37 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
융합연구리뷰 Convergence Research Review 2018 March vol.4 no.3 http://crpc.kist.re.kr
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 한국과학기술연구원 SFS 융합연구단노주원단장 (cwnho@kist.re.kr), 김호연박사 (hykim@kist.re.kr)
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 01 서론 인류에게있어농업의발전은문명의발전으로이어졌다. 채집경제로시작된구석기시대이후생산경제로발전하는이른바신석기혁명으로가장큰전환이이루어진것이바로농업생산이었다. 인류문명이진화하면서기근이라는고질적인문제가발생하였지만, 20세기후반노만볼로그 (Norman Borlaug) 가주도한 제 1의녹색혁명 으로작물품종개량, 화학비료, 살충제및제초제개발등으로농업분야가획기적으로발전했다. 이를통해많은동아시아개발도상국가들의식량난을해결한것뿐만아니라, 향후경제성장의초석을다지는계기가되었다. 제 1의녹색혁명으로많은사람들이굶주림에서해방되었지만, 지속적인인구증가로인해과학자들사이에자연스레 제 2의녹색혁명 의필요성이대두되었다. 그결과유전공학의 GMO(Genetically Modified Organism) 식물이등장했다. 이는단순한교배를통한생산량증대가아닌, 작물이가지고있는유전자를인위적으로조작하여생산량을극대화할뿐만아니라기능성물질의변화를통해식량의양적 질적증대를모두추구하게된것이다. 대표적인예로 GMO의 Golden Rice, taxol 같은항암제및 carotene 같은항산화영양제의대량생산, BT 유전자를이용한목화생산량의극대화등이있다. 하지만유전자의인위적인변형에대한환경단체의반발과미국과유럽의 GMO에대한입장차이등으로 제 2의녹색혁명 또한최종대안이되지못하고있는실정이다. UN의세계인구전망보고서 [1] 에따르면현재의 72억명의세계인구가 2050년에 100억명을육박하고, 그늘어나는인구의절반은개발도상국이라는보고가있다. 99% 의 GMO 콩과옥수수를생산하는미국과 GMO 작물을거부하고자연친화적인먹거리를찾고있는유럽, 해마다예상치못한기후변화와그로인해요동치는물가변동, 이러한실정에서우리는늘어나는인구를위한 70% 의식량생산을어떻게해결할수있을까? 지금의먹거리시스템으로는현재세계인구를지속가능한방식으로이끌지못한다. 약 8억명의사람들이영양부족상태에있으며, 12억명이과체중또는비만이다. 또한, 식량생산, 운송, 가공및음식물폐기물은환경자원에부담을안겨주고있다. 2009년세계경제포럼 (World Economic Forum, 다보스포럼 ) 파트너가정의한 농업을위한새로운비전 은세계의수요를충족시키기위해지속가능한농업이식량안보, 지속가능한발전및경제적기회를동시에제공해야한다고주장한다. 그럼미래의농업은어떠한방향으로발전할수있는걸까? 40 융합연구리뷰 Convergence Research Review
4차산업혁명을 지난세기중반이래로발생한디지털혁명인제 3차산업혁명을제 4차산업혁명이트팜기술제 라부르고이는물리적, 디지털및생물학적영역간의경계를모호하게만드는기술의융합을특징으로한다 라고세계경제포럼의창립자겸집행위원장인클라우스슈왑 (Klaus Schwab) 은말했다. 이새로운혁명에서시스템은상호연결되고, 적응력과복원력이뛰어나기하급수적인속도로지능적이된다. 현재는그변화의속도와규모에대한인적 기술적도전이남아있지만, 4차산업혁명은생산시스템의생산성과효율성을근본적으로변화시킬수있는획기적인힘이있음은틀림없다. 특히, 물리적, 디지털및생물학적영역의기술융합을 4차산업혁명에서일어나는변화의중심에놓는다면, 농식품부문의변화는상상을초월할것 이다. 왜냐하면그것은식품, 음료, 섬유및목재가전세계에서생산, 가공, 유통및소비되는방식을바꿀것이고우리가입는옷, 그들이제조한섬유, 우리집을짓는데사용된재료에혁명을일으킬것이기때문이다. 이러한 4차산업혁명에맞춰농업관련대기업들은이미핵심기술로대표되는 ICBM(IoT, Cloud, Big- Data and Mobile) 이가장빠르게도약할수있는분야로보고이에대비하고있다. 최근미국실리콘밸리를비롯해세계 IT 기업들이일제히농업분야에투자하고있으며, 포춘지 (Fortune) 등주요외신의최근 2년간실리콘밸리스타트업투자동향을보면농축산업과식품관련투자가급증하고있다. 지난해농업및식품분야에투자된벤처캐피탈자금이전년대비 54% 늘어난 4억 8,600만달러 ( 약 5,640억원 ) 를기록했다. 특히, 투자대상이된기업들은파머비즈니스네트워크 (Farmers Business Network), 팜링크 (Farm Link), 어댑트 N(Adapt-N) 등대부분클라우드기반의농업 농장관리소프트웨어개발및각종농업관련정보를제공하는회사들이다. 미국존디어 (John Deere) 의 시드스타모바일 (SeedStar Mobile)' 과듀퐁파이오니어 (DuPont Pioneer) 의 Pioneer Field360 Select' 소프트웨어, 몬산토 (Monsanto) 의자회사인클라이메이트코퍼레이션 (Climate Cooperation) 등이만들어내는서비스제품들은 4차산업혁명의핵심기술인 IoT(Internet of Things, 사물인터넷 ), 클라우드기술과방대한농업빅데이터를활용하여전세계농업인들이보다안정적으로농장을경영하고수익을증대시킬수있는혁신적인농업시스템을제공한다. 미국외에도네덜란드, 캐나다, 일본등은 정밀작물재배관리를위한센서 네트워크기반의소프트웨어기술과지능형농장관리기술 등을통하여앞다투어스마트농업시장에뛰어들고있다. 우리나라의경우는어떠할까? 현재우리나라농업도여러가지현안을안고있다. 가장심각한문제는농업인구고령화및스마트농업시스템부재로인해농업생산성이꾸준히감소한다는것이다. 특히, 농업선진 41 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 국과비교하였을때우리나라농업인당경지면적이 0.6 ha로대부분소규모자작농에머물러있어농업의대규모화및현대화가시급한실정이다. 최근이러한농업현안을해결하기위한혁신시스템으로지능형생육관리가가능한스마트팜 (Smart farm) 이대안으로떠오르며, 농림축산식품부및농촌진흥청등정부주도하에스마트팜핵심기술개발및보급확산에힘을쏟고있다. 이러한, 정부의스마트팜보급확산정책이탄력받기위해서는한국형스마트팜핵심원천기술개발이선행이되어야하고, 농업선진기술들이국내농산업계에기술이전되어개별농가들이저럼한가격의우수한표준화된국산스마트팜시스템을이용할수있도록해야한다. 이결과, 농산업체의글로벌경쟁력강화뿐만아니라농가의수익창출로이어져자연스럽게우리나라국가농업경쟁력을높이는길이될것이라생각한다. 02 스마트팜기술및산업동향 2.1 스마트팜이란? 스마트팜이란말그대로똑똑한농업이다. 기존의경험위주의농업이나관행적인농업이아닌, 정보통신기술 (ICT) 기반의융복합시스템을농업에접목한 21세기미래의농업으로써정밀장비, IoT센서 (sensor) 및액추에이터 (actuator), 지리위치확인시스템, 빅데이터, 무인항공기, 로봇공학등보다정확하고자원효율적인접근법을기반으로더생산적이고지속가능한농업환경을제공할실질적인잠재력을가지고있다. 기존의제 1, 2의녹색혁명이식물육종 (plant breeding) 과유전학 (genetics) 에초점을맞춘혁명이었다면, 제 3의녹색혁명 이라고불리는스마트팜기술은사람, 식물그리고환경에초점을맞춘미래농업기술이라할수있다. 42 융합연구리뷰 Convergence Research Review
1 스마트팜기술들트팜기술그림 2.2 스마트팜기술개발현황및산업동향 2.1.1 해외사례 1) 미국미국의농업은거대한땅에서나오는엄청난양의생산능력을기반으로농산물생산량및교역량측면에서세계 1위의농업국임은부인할수없다. 최근미국은인공위성에서받은위치정보를이용해무인트랙터로농장을원격관리한다. ICT, 생명과학기술및나노기술등의융합을통해미국에서는새로운농업의물결이일고있다. 이러한농업시장을활성화시키는대표적인기업이바로몬산토에 1조원에인수된클라이밋코퍼레이션 (Climate Cooperation) 이다. 이기업은정밀도 100m 2 의구역단위로 30년간의미주전지 43 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 역 1,500억곳의토양데이터와 60년간의수확량데이터를토대로미국면적 1억 6,000만에이커 (64.7만 km 2 ) 의세분화된맞춤형서비스를하고있다. 이서비스를이용하기위해서는에이커당 15달러의이용료를지불해야하지만에이커당 100달러의수익창출로이서비스를이용하는이용면적은, 인수전 1,000만에이커 ( 미국전체농지의 1/16) 에서 2015년 6,000만에이커 ( 미국전체농지의 1/3) 로늘어났다. 앞서언급했듯이미국의실리콘밸리스타트업들도클라우드기반의농업 농장관리소프트웨어개발및각종농업관련정보를제공하는회사에투자하고있으며, 미국존디어 (John Deere) 의 시드스타모바일 (SeedStar Mobile) 과듀퐁파이오니어 (DuPont Pioneer) 의 Pioneer Field360 Select 소프트웨어등이미국스마트농업서비스의대표적인사례이다. 2) 유럽국토의 4분의 1이간척지인네덜란드는예전부터지속가능한농업을지향해왔다. 토양세척으로인한토양유실과환경오염등의이유로 1970년대부터토양세척을전면금지하면서, 화분을이용한온실농업에집중했다. 또한, 에너지와노동력투입의절감을표방하며농업의 95% 는과학기술이고나머지 5% 만이노동력이라고할만큼첨단화된농업국가로서현재농산물수출액은세계 2위를기록하고있다. 네덜란드를대표하는온실솔루션기업인프리바 (Priva) 는네덜란드농산물수출액세계 2위를달성하는데일등공신이라고할수있다. 1959년에가족회사로시작한프리바는원래온실내부의가온설비회사였다. 이후, 1977년원예농업과온실운영을관리할수있는컴퓨터를기반으로온실내의모든환경을복합제어하는 ICT융복합전문기업으로탈바꿈했다. 특히, 최근프리바는지속가능한농업을위해농장빌딩이라는건물옥상온실을설치해농작물을재배하고, 건물내부에는물고기양식을하면서물고기가만들어낸질소노폐물을식물이이용하고식물이발생시키는산소를수조에공급하는시스템으로에너지절약형도심중심농장을기획하고있다. 또한, 와게닝겐대학 (Landbouw Universiteit Wageningen) 을중심으로한산학협력 ( 연구자, 기업및생산자 ) 을통해농업과식품과학의지식의인프라를구축하여농업기술의연구개발 (R&D) 에지속적인진화발전을모색하고있다. 또한 LED 전문기업필립스 (Philips) 는식물공장및스마트팜의추가보광에활발히활용되고있다. 특히, 그로우와이즈시티 (GrowWise City) 라고하는실내야채공장에태양광이나토양없이연중생산이가능한연구들이활발히진행되고있으며, 2014년에출시한그린파 44 융합연구리뷰 Convergence Research Review
LED는조명의세기, 스펙트럼, 균일도등을연구해특정작물에대한맞춤형광원을제작함으로써그효트팜기술워 율성을극대화했다. 네덜란드원예관련기업들중또하나의우수기업인플랜트랩 (PlantLab) 은치밀한수학적모델을응용한 LED 수직농법을통해다양한야채, 과일, 꽃재배에성공하였으며, 식물마다가지고있는빛, 색깔, 뿌리온도, 작물온도, 이산화탄소농도, 습도등에있어최적의조건을다각도로치밀하게분석한다단식재배법을통한식물재배가가능하다는재배기법의타당성을입증받았다. 3) 아시아 일본은고령화사회대비와농업의국제경쟁력강화를도모하기위한정부차원의적극적인농업 ICT융합기술 R&D 지원으로, 현재 4,500억엔인농산물수출액이 2020년 1조엔으로확대될전망이다. 농림수산성에따르면, 농업분야에진출한일본기업수는 2010년 6월기준 175개사에서 2014년 12월기준 1,712 개로대폭증가했으며, 대표적인기업으로는 NTT Facilities, NEC, 후지쯔 (fujitsu) 규슈시스템및후지전기등이있다. 이들회사는해외시장식물공장활용, 일본내 ICT 기술판매, 농업컨설팅및집하와출하업무지시시스템에중점을두고있다. 중국정부는농업현대화를위한선진기술도입차원에서네덜란드, 이스라엘등농업선진국정부와의파트너십을체결하였고, 정부주도의 ICT 융복합 R&D 진흥정책에힘입어민간참여가활발하게이루어지고있다. 또한, 6억명에육박하는중국농촌인구의소득향상으로인터넷관련시장의새로운소비주체로급부상하였으며, 전자상거래를통한소비시장의규모가 2015년 1,800조원에이르렀다고중국최대 B2B( 기업간거래 ) 전문매체가발표했다. 특히, 중국최대전자상거래기업인알리바바도 2014년 10월 1조 8,000 억규모의농촌서비스센터설립을발표하면서전자상거래비즈니스창업을위한투자와교육사업을진행할계획을밝힌바있다. 2.1.2 국내사례 1) 농촌진흥청농촌진흥청은한국형스마트팜 R&D 투자에집중하고있다. ICT 기반스마트팜을도입한농가가도입하지않은농가에비해평균생산성 25%, 소득 31% 증가한추세에힘입어 2014년부터농가의스마트팜활용능력향상을위한토마토대학등을설치하며, 4,679건의전문교육강화, SNS 컨설팅을실시했다. 그결과, 45 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 스마트팜을도입한시설원예농가는 2014년 60 ha에서 2015년 364 ha로급증해지원을확대할예정이다. 또한, 농진청은 ICT-생명공학을통해스마트팜기술의고도화를추진하고있으며, ICT를기반으로한농업의과학화와첨단산업화기반구축을목적으로 500억원대스마트팜펀드도신설했다. 또한, 스마트팜기기국산화, 표준화등을앞당기기위해농진청, 농식품부, 출연 ( 연 ) 등관련기관 R&D 협업체계가본격가동화되었다. 주요육성분야는빅데이터와사물인터넷에기반한 첨단농업 과새로운품종개발등 과학 에기반을둔미래농업이다. 2) 한국과학기술연구원데이터기반농업을견인하고우리나라농산업기술경쟁력강화및시설농가의생산성을극대화하기위한목적으로 2015년에스마트팜솔루션 (Smart Farm Solution, SFS) 융합연구단이출범되었다. SFS 융합연구단은한국과학기술연구원 (KIST) 를주관기관으로한국전자통신연구원, 한국생산기술연구원, 한국에너지기술연구원, 한국식품연구원등이함께참여하여공통의미션을갖고현재연구에매진하고있다. SFS 융합연구단은 2018년까지작물및유형별스마트팜패키지솔루션을개발하여농산업체에이전하고, 농식품부및농진청등과의협업을통해이를농가에보급및확산시킬계획이다. 또한, 연구현장에서개발된스마트팜기술을바탕으로신규비즈니스모델도출과연구원창업등을적극적으로추진하고있으며, 스마트팜전문인력양성을위하여정부사업과연계하여스마트팜교육및실증프로그램을운영하고있다. 2014년부터고부가가치작물의원료를산업에이용하기위해이고들빼기, 케일, 돌미나리등기능성작물에관한시범연구에돌입하였으며, 이미풀무원과알리코제약, 풍림무약, 아모레퍼시픽등과맞춤형재배생산과원료표준화지원을위한공동연구를진행중에있다. KIST에따르면, 토마토종자 1g의가격은최고 18만원, 파프리카종자는최고 15만원으로금 1g의가격의 3배에이르는등고부가가치작물로의성장가능성이점차확대되고있다고한다. 특히, 생물자원을이용한국가는자원을제공한국가에금전적, 비금전적이익을상호합의된조건에따라공유해야한다는내용을담은 나고야의정서 가발효되면서, 국내기업들의생물자원활용수요는점차증대되고있는실정이다. KIST가보유하고있는 스마트유팜 (Smart U-FARM) 은우리땅에맞는고부가가치작물품종을선발하고분석하는스마트식물공장시범플랜트로써, 온도와습도, 광량등환경변화에따른작물생육정보를정량화하는로봇과열화상, 3D 카메라같은첨단장비들을보유하고있다. 또한, 기존의식물공장과는달리 ICT, 빅데이터등을활용한식물재배분야가보 46 융합연구리뷰 Convergence Research Review
강화되어, 식물의영양상태나병충해감염상태, 그리고생육단계별최적성장을위한온도조절과같은트팜기술다 정밀한데이터를확보할수있는첨단인프라가구축되어있다는강점을가지고있다. 03 스마트팜핵심기술 3.1 생육및환경데이터획득기술 3.1.1 피노믹스 (Phenomics) 를이용한영상처리기술피노믹스 (Phenomics) 란표현형 (Phenotype) + omics(-ome, 집합체라는접미사 ) 의합성어로써, 세포, 조직, 기관, 생명체등에서나타나는물리적, 형태학적, 생리학적, 생화학적특성전체를포괄해계통적으로해석하는생물학의한분야이며, 스마트팜에도입되어 ICT, 바이오기술, 광학기술을융합한식물표현형개발기술이다 [2]. 식물의성장관련영상이미지를획득하고생물정보기술을융합해자동화시설에서식물표현형을측정, 평가하는기술로범위가점차확대되고있다. 특히, 피노믹스는실험실내에서주로이루어지고있는분자생물학적육종연구와이를노지에서검증할수있는포장단위의육종연구의연결고리역할을할수있다. 즉, 실험실내에서목표한특정유전자의기능이다양한환경조건에노출되어있는노지환경의식물개체또는집단에적합하게표현되는지여부를확인하는과정이필요한데, 이피노믹스기술은이러한과정에서대량표현형검증시스템을기반한효율적인접근방식을제시함으로써, 새로운변이선발효율을극대화시켜줄뿐만아니라육종소재발굴에도큰도움을줄수있다 [2]. 피노믹스에주로사용되고있는기술은 3-D 이미지촬영기술과다양한광원을통한이미지촬영기술이다. 3-D 이미지촬영기술은 belt conveyor system에의해자동으로생육, 무게측정및양수분공급을통해식물재배뿐만아니라분석까지의전과정을일관순환시스템화하는영상획득기술이다. 다양한광원을 47 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 통한이미지촬영기술은가시광선, 적외선, 근적외선, 형광화상등을이용해다양한목적으로식물체영상 을획득하는방법으로각각의목적에맞게광원을사용함으로써, 식물의형태및생장량, 식물체온도변화를 통한스트레스예측, 토양내수분량분석, 광합성능력측정등의실험에활용된다 [2]. 피노믹스관련주요기업은, 우선 CropDesign을꼽을수있다. 이기업은벨기에의대표적인생명공학연구소플랑드르생명공학연구소 (Flanders Institute for Biotechnology, VIB) 와겐트대학 (Ghent University) 에의해 1998년에설립된벤처기업으로, 자동화된최첨단데이터수집기술과고급통계및전산분석을통한다양한식물종의표현형플랫폼을구축하여 TraitMill이라는독자적인유전자기능검정시스템을구축했다. 2006년에는그간의성과와가능성을인정받아세계적인농업기업 BASF에합병되었다. 몬산토는미국 Icoria사의농생명연구분야를인수해, 대사체분석과유전자발현기술을접목시킨최첨단피노믹스플랫폼을구축해농업생산성및재해저항성등의연구에활용하고있다. 네덜란드 터락 (Ter Laak) 은미니팔레놉시스품종을소형화분으로만들어영상이미지로데이터화하고이를활용해소비자의취향에맞는색, 모양등을정확하게선발하고포장하여소비자에게판매하고있다. 독일기업 Lemna Tec은 1998 년부터피노믹스를이용한신규물질의독성확인, 의료용유용물질선발및식물보호제로의신물질개발에박차를가하고있다. 동식물, 미생물의표현형을연구하기위해 1996년에설립한퀸스대학교 (Queen s University) 출자회사인 Qubit(Queen s university biological instrumentation & technology) systems 는식물분야에서고속대량탐색 (High-Throughput Screening) 시스템으로식물의구조, 형태, 생체량, 세포내질소및수분상태, 유전적변이등에대한연구를진행하고있다. 최근전세계적으로종자산업인프라구축을위해경쟁이뜨거워지면서피노믹스의중요성이확대됨에따라, 2012년 45조원규모였던세계종자시장규모가 2020년 62조원으로성장할것으로예상된다. 이에따라기업뿐만아니라정부차원에서의지원도지속적으로진행되고있다. 미국은다국적기업을중심으로육종및생명공학에피노믹스를적극활용하고있으며, 호주는정부차원에서호주연방과학원 (CSIRO) 등을통해피노믹스기반시설을구축해운영하고있다. 국내에서도정부의 [ 포스트게놈다부처유전체사업 ] 추진에따라작물유전체빅데이터가대량생산되면서, 국내피노믹스플랫폼수요가급증하고있으며, 다부처유전체사업관련 R&D 예산만 1 조 4,000 억원규모 48 융합연구리뷰 Convergence Research Review
달한다. 농촌진흥청국립농업과학원의경우국내 외유관기관과협력하여 2017년까지피노믹스플랫폼트팜기술에 을구축, 운영할계획을발표하였고, 대학에서도피노믹스기초연구를활발히진행중이다. 특히, 2015년에시작한 KIST 강릉분원의 SFS 융합연구단은스마트팜피노타이핑기술을이용해유용한천연물탐색을위한천연물소재개발뿐만아니라식물의생육상태와대사체를접목해신규바이오마커개발과육종의소재로활용하고있다. 또한, 피노믹스기술을육묘산업에활용해영상이미지와자동화표현형시스템의도입으로균일한묘종생산에활용할계획이며, 다양한기후변화조건에서식물표현형정보를획득하는빅데이터를생산하여소비자맞춤형육모와유통정보를결합해새로운농업산업의구현도가능할것으로예측하고 있다. 그림 2 피노타이핑장비 ( 왼쪽 : 실내, 오른쪽 : 노지 ) 3.1.2 센서를통한복합환경제어 ( 양액, 광, 온도, 습도, CO 2, ph 등 ) 기술센싱기술의발달로인간의오감에절대적으로의존해서행해오던기존의농업방식과는달리다양한센서기술의발전으로, 더이상작물을경험에의존해서재배할필요가없어졌다. 안정적인생육을통한수확량확보라는관점에서센싱기술은미래농업을이끄는핵심기술중에하나라고할수있다. 전체시스템은시설과작물에대한실내외센서정보를수집하는센서노드, 시설과장비를제어하는제어기노드, 영상을통해온실을관측하고감시하는스마트영상장치, 온실단위독립제어기와관제신호를인터넷에연결하는스마트링크, 다수의온실단위제어기를모니터링하고설정하는농가단위정보관리시스템, 그리고기타장치등으로구성된다. 49 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 그림 3 온실복합환경제어시스템 센서노드는온도, 습도 CO 2, 강우, 일사, 풍향, 풍속등실내외센서류와센서로부터나온아날로그정보를 A/D 컨버터, RS485, RS232, Ethernet, 전력선통신 (PLC), Zigbee 등유무선통신수단을통해데이터를수집하는장치, 인터넷연결을위한통신장치로구성되어있다. 제어기노드는환기, 난방, 차광, 보온, 관수, 관비등을위한온실단위독립제어기 (Smart Link) 의장치제어명령에따라천측창, 커튼, 환기팬, CO 2 발생기, 관수및관비장치를구동할수있도록릴레이보드나, 계전기판넬에장치제어신호를출력한다. 온실단위독립제어기는 PLC나임베디드제어기등으로구성되며, 센서노드의정보에따라설정된값, 또는알고리즘에따라환기, 난방, 에너지절감, 차광, 보온, 관수조절등의제어명령을출력한다. 이제어장치는필요에따라센서노드및제어기노드와통합하여구성할수있으며, 이때 RS485, RS232, Ethernet, PLC, Zigbee 등유무선통신을통해계측장치와직접통신하도록구성할수도있다. 또한온실단위독립제 50 융합연구리뷰 Convergence Research Review
원격네트워크단절시에도현장에서작동할수있도록자체자동화운전기능을갖추어야한다. 농가트팜기술어기는 단위정보관리시스템은온실단위독립제어기로부터수집된정보를분석, 저장, 디스플레이하고, 원격지의데이터수집서버 (DB 기능지원 ) 또는클라우드서비스시스템과연계해실시간생장환경모니터링, 시설물제어환경및생육정보데이터베이스분석등을위한소프트웨어를탑재해야한다. 생육환경정보관리시스템은장기간의수집데이터를바탕으로데이터베이스를구축하여관리할수있어야한다. 3.1.3 비파괴분석 (Non-Destructive Testing, NDT) 기술 비파괴분석의역사는생각보다오래되었다. 인류의시작과함께우리는눈을통해열매의모양, 색깔등으로식용가능여부를판단하고, 배우자를선택하고, 코를이용해과실의성숙여부를판단하고, 귀를이용해철기등의제품의완성도를판단해왔었다. 로마시대에대리석의균열을발견하기위해밀가루와오일을사용했고, 1868년에영국의 S.H. Saxby가나침반의자성을이용해총의배럴에균열을발견한기록도있다. 산업용으로응용된최초의사례는 X선기법이었다. 1895년독일의물리학자빌헬름콘라트뢴트겐 (Wilhelm Conrad Rontgen) 이음극선을이용한실험을통해최초로노벨상을수상한발명품 X-ray는지금까지도가장널리사용되고있는대표적인비파괴분석 (NDT) 기술이다. 그밖에도 Oil and Whiting method라고불리는액체침투성테스트는 19세기후반철도레일의초기결함검사로사용되었으며, 1847 년에제임스프레스콧줄 (James Prescott Joule) 에의해처음발견된초음파검사 (Ultrasonic Test) 도의학및산업에많이사용되고있는비파괴기술중에하나이다 [3]. 과거에해오던파괴적인분석기술은이제식상해져버렸다. 기술의발전으로기계들이더욱고도화 소량화되어가고있는환경에서파괴적분석방법은단순한검증의단계에지나지않는다. 초음파, 근적외선, 적외선, 초분광기를통한비파괴적인접근이물질분석의방향을실험실에서실시간현장측정으로바꾸고있다. 특히, 초분광카메라를이용한비파괴방식은스마트팜의필수요소라할수있다. 초분광이란가시광선영역 (400~700nm) 과근적외선영역 (700~1000nm) 의파장대를수백개의구역으로나누어물체가빛에반응하여방출하는특정복사파장을감지할수있는기술을말한다. 그동안화학, 생물학, 천문학등에서사용되어오던하나의물체에서하나의분광곡선을측정할수있는방식의분광계 (spectrometer) 와는달리, 초분광영상 (hyperspectral imager) 은영상을구성하는모든화소의분광특성곡선 (spectral reflectance curve) 을얻을수있다. 이러한특성을바탕으로농업에서의활용도가높은편이다. 식물은다양한스트레스 51 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 상황 ( 병 충의발생, 영양및수분결핍등 ) 에서자가회피를할수없으므로신속하게내부적인변화를일으킨다. 이러한내부적인변화는생리반응으로나타나고, 이러한생리반응으로광합성등기본생리현상에변화를초래한다. 초분광이미징방식은식물이반사하는파장을스트레스전후의분광특성곡선스펙트럼을비교, 분석, 데이터화시켜, 비파괴적으로식물이어떠한스트레스상황에놓여있는지를조기진단및처방할수있는기술로스마트팜및여러농업분야에서작황상태를조기파악해수확될농산물의고품질생산관리, 종자의활력검증평가, 과실의품질측정등에사용되고있다. 그림 4 초분광이미지처리시스템 Hyperspectral Imaging Camera Line scan Linear translation stage 또다른대표적인기술은적외선열화상분석을이용한스마트팜활용기술이다. 온도가절대영도 (0K 또는 -273 ) 이상이되는모든물체는원자와분자의진동또는회전에의해표면에서적외선을방출하고, 방출된양은그물체의온도와밀접한관계를가지는특성을활용하여적외선열화상카메라는피사체의적외선파장형태의에너지를검출하여표면복사열의강도를측정하고, 강도의양에따라다른색상으로표현해주는원리이다 [4]. 스마트팜에서의활용분야는다양하다. 우선식물의생육측정에활용될수있다. 식물잎에서의온도조절은잎의뒷면에있는기공의개폐정도에따라결정되고, 그개폐정도는식물의뿌리에서어느정도의물을빨아올려증발산에이용하느냐에달려있다. 즉, 식물잎에서의온도를측정함으로써, 식물의뿌리및줄기생육상태, 대기환경에따른양분흡수를예측할수있으며, 식물의건조스트레스를미리예측할수있다 [5]. 52 융합연구리뷰 Convergence Research Review
5 노지적외선열화상이미징시스템트팜기술그림 3.2 인공지능 (AI) 기반데이터가공기술농업시장에서인공지능기술은농업산업생태계를개발하는데있어핵심적인기술이며, 기계학습, 컴퓨터비전, 예측분석세가지로분류된다인공지능기술을로봇, 무인항공기, 작물관리시스템형태로통합함으로써농민들은농작물의수확량과산출량을증대시키고농장운영의이익을극대화할수있게되었다. 그림 6 인공지능기술 53 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 3.2.1 기계학습 (Machine learning) 기계학습이란인공지능의한분야로, 컴퓨터가외부에서주어진방대한자료를바탕으로스스로학습하는기술을말한다. 이기술은농장생산성향상과비즈니스경쟁력확보를위해전세계의농업단체및농민들에적극도입되고있다. 앞으로다양한농업활동에서기계학습의도입의기하급수적인확대가예상되며, 농업데이터생성을위한기계학습의기술적진보및확산으로인공지능이농업시장의성장에주요요인으로작용하게될것이다. 특히, 데이터간의관계를만드는여러알고리즘을기반으로한심층학습 (Deep learning) 은인공신경망을사용하여텍스트, 이미지및사운드와같은다양한종류의데이터를학습하고, 구조화되지않은데이터에서패턴을식별하는데아주유용하다. 농업의다양한응용분야에서심층학습알고리즘활용의증가는인공지능에대한수요를증가시키는핵심원동력이되고있다. 3.2.2 컴퓨터비전기술컴퓨터비전기술은인공지능의한분야로서, 영상에서얻어지는정보나특징을프로그램화하는것을의미한다. 이를기반으로하는인공지능구동장비를농업에활용함으로써작물수확량을약 30% 증가시킬수있으며, 주간 계절별작물수확량을 90% 이상의정확도로예측할수있다. 컴퓨터비전기술을기반으로한인공지능장비는작물생육을모니터링하고식물의영양결핍을탐지하는데널리적용되고있다. 특히, 이스라엘회사인프로스페라 (Prospera) 는컴퓨터비전기술을사용하여해충과질병을자동으로탐지하는제품시리즈를개발하였고, 농민들은이정보로영양결핍으로인한식물생산량감소나스트레스여부를판단할수있다고한다. 컴퓨터비전기술의적용범위는 20에서 1,000 ha에이르는중간규모의온실농장으로, 카메라및기후센서로현장데이터를지속적으로관찰, 수집및분석하기위해온실또는과수원에주로설치되며태양열패널로작동된다. 이기술을통해농민들은개별나뭇잎의정보에서수일내에농장에영향을줄수있는날씨패턴에이르기까지자신의온실과밭을지속적으로모니터링할수있다. 3.2.3 예측분석기술예측분석기술은알고리즘을기반으로현재이용가능한데이터를분석하여작물수확량과식물의생육상태를예측할수있는기술이다. 예측분석을통해농민들은농장관리, 작물투입및농업적의사결정을보다쉽게할수있다. 예측분석기술은위성및무인항공기의이미지데이터를통해사실상현장의모든부분을정찰하고특정이상여부를감지, 분류하고위치를찾을수있다. 예측분석기술은주로농업농장에서 54 융합연구리뷰 Convergence Research Review
효율적생산을향상시키기위해활용되며, 주요예측분야로는수확량생산, 영양부족및트팜기술작물의 작물생육예측이다. 3.3 인공지능기반데이터활용기술인공지능은농업분야에서농작물생산효율성을최적화하기위해다양한응용분야에서활용된다. 인공 지능기술의적용으로농민들은날씨, 온도, 토양수분, 식물건강및작물가격에대한실시간데이터를시 장에서분석할수있게되면서농업전체의소비자공급망에중요한역할을할수있다. 농업시장의주요인공지능활용분야는정밀농업, 스마트온실및토양관리, 농업로봇으로나누어볼수있다. 3.3.1 정밀농업정밀농업의목적은기계학습, 컴퓨터비전, 예측분석과같은혁신적인인공지능기술을적용하여농업생산성을향상시키는것이다. 이는작물생산성을향상시키기위해현장에서수집한데이터의기술적분석을포함하며, 작물재배지의다양한환경변화를정확하게수집, 가공및진단하여최소한의자원으로최대한의작물생산량을획득하는것에초점을둔다. 인공지능기술이적용된정밀기기는농장관련데이터를수집하는데도움을줌으로써농민들이보다나은결정을내리고토지및작물의생산성을높일수있도록의사결정을지원해준다. 1) 수확량모니터링 (Yield monitoring) 수확량모니터링은데이터수집을통해현장내생산량변화를정확하게파악하는기술이다. 수확량모니터링은토양유형및양분이용가능성과같은매개변수를기반으로한현장변동성을이해하는데중요한역할을하며, 이기법으로농부은생산량을최대화할수있다. 또한, 수확량모니터링은농부들에게기상조건, 토양특성및비료에대한정보를제공하고, 이정보를기반으로전체적인곡물생산을조절하기도한다. 또한, 수확량모니터링은질량유량센서, 수분센서, 지면속도센서, GPS 수신기및주변에있는작업컴퓨터와같은다양한구성요소를조합하여각각의통합및상호작용을제어할수있다. 수확량모니터링을통해수집되는데이터는효과적인작물생산에필수요인인토양의수분레벨, 토양의다량원소 ( 질소, 인, 칼륨 ) 유무, 토양의 ph 레벨등이포함된다. 55 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 그림 7 정밀농업 수확량계측 토양, 작물, 수확량등데이터 잡초계측 수확 방제 데이터공유 데이터 DB 화 생육계측 비료살포 토양계측 파종 보조적데이터 RS GIS 토양분석등 의사결정 가시화 데이터전송 살포량지도 데이터분석 2) 노지의지도화 (Field mapping) 인공지능은노지경계기록을포함하는다양한노지의지도화에도응용되고있으며, 대표적으로표면적을계산해샘플위치를결정하고, 배수로와격자선위치및데이터수집등의작업을등록하는역할을수행할수있다. 현재노지의지도화는핸드헬드 (handheld) 장치및 GPS GNSS 및소프트웨어시스템이장착된다른시스템의도움을받아이루어지며, 이러한정보는재배자의작물생산에이용된다. 3) 작물탐색 (Crop scouting) 작물탐색은잡초, 곤충, 병원균감염및작물조직영양분을비롯한작물의상태를검사하는것을말한다. 전통적으로작물정찰은사람이직접눈으로식물을관찰하고문제를발견하는시간소모적인작업이었지만, 이제작물정찰에 GPS와같은정교한장치로보다쉽게작물을정찰할수있게되었다. 현재는 GPS 수신기를장착한차량이노지를이동하며, 해충에대한노지별정보및작물피해등의정보를제공한다. 제공 56 융합연구리뷰 Convergence Research Review
정보를바탕으로농부와재배자는데이터경향을분석해계절별현장특이사항을관찰, 모니터링하고차트팜기술된 후에참조할수있도록저장한다. 작물탐색은파종에서수확에이르는전과정에대한의사결정을내리는데중요한도구로쓰인다. 4) 기후추적및예측 (Weather Tracking and forecasting) 기후추적은온도, 비, 풍속및풍향, 일사량등의일반적인기상조건에대한최신정보를수집하기때문에인공지능의중요한매개변수중하나이다. 소형기상측정기및기상관측소를포함한다양한장비가실 시간기상정보를얻기위해사용되고있으며, 실시간정보의활용은농민들에게농작물의적시파종, 잡초탐지및농작물에대한사전수확분석과같은다양한결정을내리는데도움이된다. 날씨추적분석모듈에는소형기상측정기, 소프트웨어및센서가포함되며소형기상측정기는전자풍속표시기, 초음파풍속표시기및바람의방향, 구름유형및기압을보여주는기상추적카드등날씨추적의소프트웨어에는다양한응용및부가소프트웨어모듈을위한데스크탑날씨소프트웨어가포함된다. 센서에는토양수분센서, 일사량센서, 온도센서, 습도센서, 자외선센서및잎의습윤센서가포함된다. 5) 관수관리 (Irrigation management) 농업분야에서최적의수확및수질보존을위해서는적절한관수방법의사용이매우중요하다. 토양수분센서및빗방울감지센서등다양한센서및컨트롤러를통해자동관수시스템으로현장의물공급요구사항을감지하는데사용된다. 로봇과농부간의무선통신을위해 GSM(Global System for Mobile) 통신이사용되고있으며, 이시스템을통해센서로감지된토양수분상태가농부의모바일앱과랩톱으로전송되며, GSM 통신을통해모바일, 태블릿및컴퓨터시스템과같은장치로부터농부의명령을수신할수도있다. 3.3.2 스마트온실및토양관리온실은식물생산을위한통제된환경 ( 햇빛, 온도및습도가충분한공간 ) 을제공하기에최대한의빛과환기가필요하다. 이에, 스마트온실응용프로그램에는냉 난방환기 (Heating, Ventilation, and Air Conditioning, HVAC) 관리, 물재활용및비료관리가필수요소이다. 온실은외부환경이식물이자라기에더따뜻하거나, 건조하거나, 차가울때최적의실내성장환경을제공하기위해만들어졌으며, 센서장치는필요한조건을결정하기위해실제목표상태와비교하는데사용된다. 온실의온도조건은재배할식물에따라 57 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 시원한온실또는따뜻한온실등각기다른온도를설정해야한다. 이에무선시스템과센서는최적의생산을 얻기위해온실의요구사항전달을규제하고특정수준을유지하도록조절된다. 스마트온실에서의물관리및재활용은운영비를최소화하고, 수확량을높이며생산비용을절감하고생육주기를조절하며해충및질병관리비용을최소화하는수처리를의미한다. 여기에는 UVC 살균수처리시스템, 여과모터, 온도및습도센서와같은다양한기술이스마트온실의수질관리에사용된다. 온실작물은성장을위해충분한양의영양분이필요하며, 특정원소 ( 수소, 산소, 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 황, 철, 망간, 구리, 아연, 붕소, 몰리브덴및염소 ) 들은식물생육에필수요소이다. 식물성장률은성장주기동안필요한양액의양에따라결정된다. 스마트온실에서사용되고있는소프트웨어는이러한양액의양을적절하게조절하면서과도한양액공급을피하고, 생육상태를최적으로유지하는것에인공지능알고리즘을사용하고있다. 토양관리는효율적인농업생산에필수적인요소이며, 토양의수분정도, 토양의다량 미량원소유무, 토양 ph 정도등토양환경변수요인을다양한유형의센서를통해모니터링하는시스템이사용된다. 토양모니터링을통해토양유형, 비료 양액적용, 비료 양액사용, 관수정도및작물개선등의정보를얻을수있다. 토양관리에는크게수분모니터링, 영양모니터링및그리드 (grid) 토양샘플링으로분류할수있다. 먼저수분모니터링은토양수분을측정하는것으로, 관개용수관리에도움이되는농업용로봇이수행하는핵심작업중하나이다. 토양에서의수분모니터링은전기전도도 (EC) 센서, 시간도메인반사계 (TDR) 및소형수분측정기장치와같은다양한센서의도움을받아수행되며, 재배자는적절한수질관리를통해수확량을늘리고작물품질을향상시킬수있다. 양분모니터링은주로작물의 3대영양소인질소 (N), 인 (P), 칼륨 (K) 을포함하는토양영양소관리에중점을둔다. 이는재배자의요구사항및필드의영양상태에따라적절하게제어가가능하다. 마지막으로필드의정확한분석을얻기위해서필요한기술이바로그리드토양샘플링접근법이필요하다. 그리드샘플링의목적은재배자가각그리드의영양요구사항을식별할수있도록필드의상세한지도를만드는것이다. 그리드토양샘플링의가장보편적인방법은 GPS GNSS 시스템에 GIS 소프트웨어를사용하여필드내변동성을보여주는디지털그리드맵을생성하는것으로, 수집된정보를바탕으로적절한지역에적정양의양분을공급해지속가능한토양상태를유지시켜준다. 58 융합연구리뷰 Convergence Research Review
3.3.3 농업로봇트팜기술인공지능은기계가언어처리및심층학습기능을사용하여인지적결정을내릴수있게함으로써, 농업로봇공학의중추가되고있다. 농업로봇은토지자원의지속가능성과수익성을위해현장에서일어나는변화를제어하는검사, 측정및관리기술을포함하며, 자동수확시스템및무인지상차량또는무인트랙터등과같은농업로봇으로대규모현장을효율적으로관리할수있게도와준다. 최근미국의스마트농기계제공기업인블루리버테크놀로지 (Blue River Technology) 는최초의스마트기계레터스봇 (LettuceBot) 및차세대씨앤스프레이 (See & Spray) 로봇을출시했다. See & Spray 로봇은심층학습을통해기계가작물 과잡초식별할수있으며, 현재상추솎아내기및목화밭잡초제거분야에서폭넓게활용되고있다. 농업로봇에빠질수없는것이바로무인항공기이다. 무인항공기 (Unmanned aerial vehicles, UAV) 는일반적으로드론 (drone) 으로알려져있으며, 농업분야의인공지능기술혁명에중요한역할을하고있다. 무인항공기에는여러센서및마이크로컨트롤러, 근적외선분광기, 멀티스펙트럼카메라및 GPS 수신기가장착되어식물을효율적으로보호하고, 토양유형에대한중요한데이터를제공하며, 작물의건강상태를모니터링함으로써사실상의모든데이터를수집하며지원하고있다. 농업분야에서마이크로무인항공기를사용하는것은엄청난잠재력과다양한응용분야로의확장성을가지고있다. 현재무인항공기는현장의고해상도그림을클라우드및소프트웨어로직접전송해재배자에게제공하는방식으로식물개체수, 토양및노지분석, 작물살포및작물모니터링과관련된데이터를수집하는데사용되고있으며, 농업장비와직접통신할수있는기술이개발중에있다. 무인항공기분석소프트웨어는 표준화된차별화식생지수 (NDVI) 를기반으로현재초목수준을측정하는데사용되고있으며, 수목의분포도가많은곳은녹색, 생육이건강한지역은빨간색등색상으로식물의밀도와생육상태를나타내준다. Precision Hawks, Prospera 및 Descartes Lab과같은무인분석회사는무인항공기가수집한농장의데이터를분석하고, 이를바탕으로농부는현장에서수행하고자하는작업에따라전송받은데이터에서필요한정보를선택해맞춤형지도를만들수있다. 이후농장기계에지도를업로드하여현장에적용할종자, 비료및살충제와같은투입물의양을조절할수있다. 59 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 그림 8 농업로봇 04 농업분야의인공지능기술 활용국제동향 4.1 미주 인공지능기술개발에핵심인클라우드컴퓨터플랫폼을보다효율적이고합리적인가격으로복잡한정보를처리할수있도록개선되면서소프트웨어개발도구및풍부한데이터세트의성장을가속화시켰다. 미국은현재농업시장에서북미인공지능의가장큰비중을차지하고있다. 작물탐색및수확량모니터링과같이다양한분야에인공지능의활용이미국농업시장을주도하고있으며 Microsoft, IBM, John Deere 및 The Climate Corporation과같은우수한대기업및중견기업의존재는미국의농업시장에서인공지능의성장을가속화시키고있다. 60 융합연구리뷰 Convergence Research Review
2016년에전체북미농업시장의인공지능활용비율이 21% 를차지하며, 두번째로큰시장점트팜기술캐나다는 유율을기록했다. 캐나다농업기술분야에서컴퓨터학습및컴퓨터비전과같은인공지능기술활용확대될뿐만아니라여러연구기관및대학교에서예측분석및기계학습에대한지속적인연구를통해시장을주도해가고있다. 최근에 Google은 2016년 10월캐나다인공지능생태계개발을위해만들어진비영리단체인 NEXT Canada의 NEXT AI 프로그램에참여하며업계전문가및대학생들사이에서인공지능기술, 특히기계학습의보급및인식전환에집중하고있다. 멕시코농업시장의인공지능활용도는미국과캐나다의시장보다규모는작지만 2017년부터 2025년사이에 25.3% 의성장률을보일것으로기대되며, 수익성높은인공지능시장으로성장할것으로예상된다. 이와같은예측은멕시코에서작물모니터링, 작물수확량예측및수확관리와같은농업분야에대한인공지능의활용이점차확대되면서인공지능농업시장성장의주요한동력이될것으로예상되기때문이다. 또한, 2016년 11월미국캘리포니아주샌프란시스코에본사를둔와이즈라인 (Wizeline) 회사는멕시코의농부들에게여러인공지능기술에대한무료카운슬링을제공하기위해개발된 Wizeline Art Intelligence Academy를과달라하라 (Guadalajara) 에설립하는등활발한움직임을보이고있다. 남미는북미에비해농업로봇의보급이낮은편이지만, 비용절감, 사용하기쉬운기술및인공지능구동로봇의이점에대한인식이확대되면서서서히활용인구가증가하는추세이다. 4.2 유럽유럽은 2015년세계인공지능시장의약 25% 를차지하고있으나, 현재인공지능조기채택단계로향후괄목할만한성제세를보일것으로예상된다. 주요시장은영국, 독일, 프랑스이다. 영국은 2016년유럽의농업시장에서인공지능활용비율이약16.9% 수준이나정밀농업, 무인항공기분석, 가축모니터링및수확관리와같은농업분야에서인공지능기반솔루션에대한수요가증가하면서인공지능활용비율이가속화되고있다. 관련주요기업은핀지니어스 (FinGenius Corp), 애드브레인 (Adbrain), 다크트레이스 (Darktrace) 및 ec2ce 등이있다. 61 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 독일은 2016년인공지능활용비율이유럽의농업시장의 27% 를점유했으며, 작물수확량예측, 가축감시및작물정찰분야에서주로활용되고있다. 특히, 2015년 10월 Google이독일자르브뤼켄 (Saarbrücken) 에본사를둔독일인공지능연구센터를인수하는등 Google 및 Microsoft와같은주요글로벌기업들의막대한자금과지원으로독일인공지능기술시장의성장을가속화시키고있다. 프랑스는 2016년에유럽의농업시장에서인공지능활용비율이 18% 를차지하고있다. 프랑스는인공지능창업자금지원확대로농업응용분야에서인공지능기술에대한수요가증가하고있는실정이다. 특히, 2016년 3월, 인공지능기반의가상지원시스템을개발중인줄리데스크 (Julie Desk) 가인공지능제품포트폴리오를개선하기위해 SIDE Capital로부터총 670만달러의자금을지원받기도했다. 이탈리아의농업분야에서인공지능시장은주변국가들에비해상대적으로느린편이다. 이탈리아는유럽연합에서가장많은옥수수생산국중하나로, EuroStat 작물통계에따르면, 70만 ha에 7백만톤이상의옥수수를생산한다고한다. 하지만 2014년과 2015년장기가뭄및기상악화로인해생산량이현저히떨어졌고, 이에농장들은이전의손실을보상하기위해관개관리, 비료비용절감, 수확량개선및최적의자원관리와수익성및작물수확량의증가를위한효과적인의사결정을위해무인항공기, 로봇및위성항법위성시스템 (GNSS) 을이용하는등인공지능기술을적극도입하고있다. 특히, 이탈리아기업인 Omica는리베리움 (Libelium) 과공동으로 IoT 기반의무선센서네트워크를구축하여농부들에게농업정보솔루션을제공하고, 작물생장기간동안의물과양분을조절해작물수확량을개선하는역할을담당하고있다. 2014년세계은행발표에따르면스페인농지의비율은전체토지면적의약 40% 이며, 최적의농업환경인지중해성기후를가진나라지만농업에서인공지능기술의채택률이비교적낮은유럽국가이다. 하지만, 스페인의농부들은이미항복측정시스템, 농업로봇, 무인항공기분석및가축모니터링과같은농업분야에인공지능기술을사용하고있다. 2017년 7월스페인농업부는인공지능기술을적용한올리브파리의해충진화를예상하는예측모델을갖는시범사업을시작했다. 62 융합연구리뷰 Convergence Research Review
4.3 아시아태평양트팜기술아시아태평양국가의농업시장에서농작물수확량을높이기위한정밀농법의증가, 무인항공기분석서비스및농장에서의농업용로봇활용이활발해지면서농업분야의인공지능활용이확대되고있다. 기계학습, 심층학습및컴퓨터비전은이지역의농업산업을변화시키는혁신적인기술이다. 2016 년 APAC(Asia Pacific Activities Conference, 아시아태평양활동회의 ) 농업시장에서우리나라의인 공지능의활용은약 5 % 수준이나, 농업및축산업분야의인공지능인프라구축을위해정부의집중적인투자가확대되고있어인공지능시장의성장잠재력이매우크다고할수있다. 특히, 2016년 3월우리정부는인공지능산업을강화하기위해 2020년까지 1조원의지출계획을발표했다. 2015년세계은행의발표에따르면, 호주는 48% 의농지면적을가지고있으며, 2016년 APAC 농업시장에서가장많은 25.4% 의인공지능점유율을보였다. 인공지능의높은점유율의주요요인은무인항공기분석, 기계학습및컴퓨터비전등의기술을기반으로인공림의정밀농업, 가축관리, 무인항공기분석서비스응용및농장에서의농업로봇채택의증가등을들수있다. 호주에서는포도주, 사탕수수, 밀, 채소및과일과같은농작물관리에인공지능기술을활용하여농장의수확량을증대시키고있으며, 호주정부기관인호주서부농업농업부 (DAFWA), 사우스오스트레일리아곡물산업신탁 (SAGIT), 곡물연구개발공사 (GRDC), 슈거리서치및개발공사, National Landcare Program, 및지역천연자원관리 (NRM) 이사회가농업기술개발을위해적극노력하고있다. 2016년 APAC 농업시장에서중국의인공지능활용비율을약 22% 를차지하며 2위를올랐다. 중국은정밀농업및축산관리인공지능분야의핵심시장이다. 작물정찰, 자동이식및수확량모니터링은중국의농업산업과관련하여인공지능시장의성장을촉진할것으로기대된다. 2016년 4월중국의국가발전개혁위원회, 과학기술부, 산업정보부는향후 3년동안중국인공지능시장의활성화할것이라는계획을발표했다. 일본은 2016년 APAC 농업시장의인공지능활용이 24% 를차지하면서 3위를차지했다. 이시장의성장을주도하는응용분야에는자동살충제감지및분사, 작물의영양결핍탐지, 가축관리가포함되어있으며특히, 얀마 (Yanmar), 쿠보타 (Kubota) 및이세키 (Iseki) 와같은많은회사들이농업부문에인공지능기술에활발히투자하고있다. 63 2018 March vol.4 no.3 ➊차산업혁명대응스마트팜기술및정➋차산업혁명시대의미래스마책동향
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 인도는농업분야의인공지능기술의주요시장으로급부상하고있다. 인도는 2016년 APAC 농업시장에서인공지능비중이약 7.8% 를차지했으며, 정부의인공지능친화적정책은인도의 IT 인프라개발과함께농업시장에서인공지능의성장의주요원동력이다. 특히, 2016년 12월 Microsoft India는기후변화에따른농작물의적시 적기파종을위해농민에게농업솔루션을제공할목적으로반건조열대지방연구소 (ICRISAT) 와파트너십을체결했다. 05 결론 전세계지식인들을단숨에사로잡은 사피엔스 의저자유발하라리 (Yuval Noah Harari) 는책서두에이렇게이야기한다. 과학은자연선택으로빚어진유기적생명의시대를지적설계에의해빚어진비유기적생명의시대로대체하는중이다. 4차산업혁명그리고그중심에있는 ICT 기술과이러한기술이농업과융합되어농업현장에불어온제 3의녹색혁명은거스를수없는시대의물결인것같다. 정보통신기술 (ICT) 을기반으로한스마트팜기술이센싱기술, 사물인터넷 (IoT) 그리고인공지능 (AI) 기술과접목하여, 디지털농업 첨단미래농업으로지금비유기적생명의도움을톡톡히받고있다. 많은국내외기업들특히농업이주가아니었던기업들이보이는농업에대한관심의증가는이러한흐름이빨리사그라들지않을것이라는증거이다. 하루하루발전하는농업과기술이융합된스마트팜시스템 ( 피노타이핑을통한생육모니터링시스템, 센싱기술을통한복합환경제어, 비파괴물질분석을통한작물의품질향상및유지관리, 온실내부의최적자연환경구축을통한에너지최적화, 빅데이터를통한인공지능의사결정지원등 ) 의고도화및소형화로식물이가지고있는잠재력을최대로활용해최고의수확량과품질을안정적으로생산하고더나아가시티팜, 버티컬팜, 해저농업및우주농업으로의기술적발전을위한긴여정에하나의촉매제가될수있길기대해본다. 64 융합연구리뷰 Convergence Research Review
업혁명대응스마트팜기책동향업혁명시대의미래스마트팜기술학력 저자 노주원 저자 김호연 학력 University of Illinois 농식품과학박사 University of Wisconsin 생명과학석사한림대학교유전공학학사 University of California Davis, Horticulture and Agronomy 박사경북대학교농학과석사경북대학교농학과학사 경력 경력 Chu Won, Nho 現 ) 한국과학기술연구원스마트팜솔루션 (SFS) 융합연구단단장現 ) 한 - 몽과학기술협력센터센터장現 ) 충남과학기술위원회위원 Ho-Youn, Kim 現 ) 한국과학기술연구원스마트팜솔루션 (SFS) 융합연구단선임연구원前 ) University of Florida 박사후연구원前 ) University of Arizona 박사후연구원 65 2018 March vol.4 no.3 ➊차산술및정➋차산
02 4 차산업혁명시대의미래스마트팜기술 참고문헌 1. 유엔인구전망보고서 2017 https://esa.un.org/unpd/wpp/ 2. Lee, S. K., Kwon, T. R., Suh, E. J., & Bae, S. C. (2011). Current Statues of Phenomics and its Application for Crop Improvement: Imaging Systems for High-throughput Screening. Korean Journal of Breeding Science, 43(4) 3. Hellier, C. (2001) Handbook of nondestructive evaluation 4. 이해동 (2007) 적외선열화상카메라를이용한열측정이론. 소음 진동, 17(3), 31-34 5. Jones, H. G., Serraj, R., Loveys, B. R., Xiong, L., Wheaton, A., & Price, A. H. (2009). Thermal infrared imaging of crop canopies for the remote diagnosis and quantification of plant responses to water stress in the field. Functional Plant Biology, 36(11), 978-989 6. 황성일, 주성용, 주종문. (2016). 식물성장영상정보를이용한스마트팜팩토리피노믹스시스템에관한연구. 한국통신학회학술대회논문집, 119-120 7. Smart Agriculture Market Analysis, Grand View Research, Inc. 8. AI in Agriculture market-global Forecast to 2025, MarketsAndMarkets 66 융합연구리뷰 Convergence Research Review
02792) 서울특별시성북구화랑로 14 길 5 TEL 02. 958. 4984