“농작업 로봇화·자동화는 시대적 요청사항”

◆농업여건과 4차 산업혁명 기술

세계인구는 2022년 현재 약 80억명에서 2050년에는 97억명에 도달할 것으로 예측되며, 이에 따른 식량소비량도 지금보다 20% 이상 증가할 것으로 전망된다. 그러나 식량생산에 필요한 물과 에너지는 부족해지고 농업인구와 도시화로 인한 농경지가 감소하는 등 세계적인 여건은 결코 녹녹하지만은 않다. 우리나라도 마찬가지다. 농업인구의 감소와 고령화, 코로나 팬데믹으로 인한 외국인 노동자의 입국제한에 따른 노동력부족 등으로 농업의 지속가능성까지 위협받고 있어 이를 해결하기 위한 새로운 돌파구의 모색이 시급한 상황이다.

최근 전 세계적으로 4차 산업혁명의 바람이 불고 있으며, 농업분야에서도 예외는 아니다. 앞으로의 미래는 사람의 지능과 판단을 능가하는 인공지능 로봇이 사람을 대신해 농사를 짓고, 무인항공기와 무인자동차를 통해 농작물을 운송하는 날도 머지않을 것이다. 또한 통신망으로 연결된 로봇들은 서로 간의 유기적인 정보전달을 통해 농산물의 생산에서 운송까지 다양한 작업을 할 수 있을 것이다. 농업에서의 4차 산업혁명 기술은 농업인구의 고령화에 따른 노동력 및 생산성저하 문제의 해결뿐만 아니라, 인구증가에 따른 전 세계적인 식량부족 문제를 해결해 줄 수 있는 기술로서 기대를 받고 있다.

◆첨단농기계 적용기술

첨단농기계는 기존의 농기계에 지능화된 기술을 접목해 사용자에게 농작업의 편이성을 제공함으로써 편리하고 안전하게 농작업을 수행할 수 있도록 해준다. 첨단농기계에 적용하는 대표적인 기술로 자율주행을 꼽을 수 있는데 농업기계 중 사용비중이 가장 높고 첨단화되어 있는 트랙터를 중심으로 기술개발이 이뤄지고 있다. 농작업에서의 자율주행은 차량보다 안전사고 부분에서는 유리한 환경조건을 가지고 있다. 특히 트랙터를 이용하는 농작업의 경우 주변에 장애물이 적다. 즉 다양한 차량이 이동하고 교차하는 도로와는 달리, 사고위험이 적으며 작업속도가 20㎞/h 내외의 저속인 점 등 기술적인 측면에서 접근이 쉬운 장점이 있다.

미국 트랙터 전문업체 존디어社(John Deere)는 이미 반자동 트랙터를 양산해 20만대 이상 판매하기도 했다. 이 반자동 트랙터는 GPS(위성항법장치) 추적모듈을 통해 위치기반 정보를 활용해 정밀농업의 구현과 자율이동도 가능하다. 최근에는 자율주행 트랙터와 빅데이터 분석모델을 개발해 시장점유율을 확대하는 추세이며, 완전 자율주행 트랙터에 가까운 트랙터와 관리 솔루션을 개발 완료했다고 보고된 바 있다. 또한 존디어사는 CES 2022에서 6쌍의 스테레오 비전 카메라를 사용해 360도의 전 방향에서 장애물을 감지하고 거리계산도 가능한 기술을 탑재한 자율주행 트랙터를 선보였다. 이 트랙터는 딥러닝 기술을 활용해 0.1초 안에 장애물 여부를 탐지하고 의사결정을 수행할 수 있다.

일본의 대표적인 농기계 전문기업 쿠보타사(Kubota) 역시 자율주행 트랙터 개발에 박차를 가하고 있다. 쿠보타사는 자율주행 농기계에서 활용할 수 있는 KSAS(Kubota Smart Agricultural System)를 출시했다. KSAS는 원격으로 수확량 등의 다양한 작업정보를 확인하고 관리할 수 있으며, 작업이력을 기록하는 등 다양한 데이터 구축도 가능하다. 트랙터를 이용한 경운작업에서는 KSAS로 최대 5대까지 동시에 제어할 수 있고 다양한 협업기술까지 구현할 수 있다.

최근 국내에서도 주요 농업기계에 자율주행 시스템을 부착하는 기술개발이 활발히 진행되고 있다. TYM은 GPS 기반의 위치추적 기술, 작업경로 생성기술, 자동변속 및 조향제어 기술 등 다양한 기술요소가 탑재된 자율주행 트랙터를 개발했으며, 이를 이용해 경운 등 농작업을 무인으로 할 수 있다. LS엠트론은 LG유플러스와의 협업을 통해 5G 기반 정밀농업 서비스를 구축해 트랙터 자율주행기술의 기반을 구축했다. 국내 최초로 직진 주행뿐만 아니라 한국농업에 맞게 회전(K-turn)도 가능한 자율작업 트랙터 ‘스마트렉(SmarTrek)’ 제품을 개발해 작년 말부터 판매를 시작했다.

 ㈜대동은 직진주행 시 자동조향이 가능한 자율주행 이앙기(DPR60)를 출시했다. 위치제어 오차는 최소 2.5㎝로 정확한 모심기가 가능하며 기존 수작업 대비 일정한 간격을 유지하면서 이앙작업의 효율도 높였다. 일반적으로 이앙 작업 시 운전자와 모판을 보충해주는 작업자 2명이 필요하지만, 이앙기가 자동조향 모드에서 직진주행을 하는 동안 운전자가 모판을 채워주는 일을 수행할 수 있어 1인 작업이 가능하다는 것이다(그림 1).

농촌진흥청에서도 영상과 인공지능기술을 활용해 경운한 곳과 경운하지 않은 경계를 인식해 자율작업을 수행할 수 있는 트랙터 자율주행 기술을 개발했다. 이는 영상장치만으로 경로를 추종할 수 있을 뿐만 아니라, 장애물의 인식도 가능해 하나의 단일 센서로 복합적인 업무를 수행할 수 있어 생산단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다(그림 2).

◆농작업의 무인화를 위한 농업로봇

농작물의 파종에서부터 재배, 수확, 가공, 저장, 유통까지 전 과정에 대한 무인 기술들이 개발되고 있다. 정밀농업기계, 무인트랙터, 무인항공기와 같은 지능형 농기계와 농업용 스마트로봇이 등장하고 영상처리, 군집제어 등과 관련된 연구가 급속히 진행되면서 농업로봇의 실질적 상용화가 다가오고 있다.

농업의 자동화·로봇화는 작업속도의 향상과 효율성 증대를 통해 작업시간을 단축하고, 고령화로 인한 노동력부족 문제를 해결하는 큰 핵심기술이 될 것이다. 아울러 농작물의 생육상황과 농작업 및 농기계의 현재 상황, 노지와 온실의 작업환경정보를 실시간으로 획득하고 농작업을 정밀하게 자동화함으로서 작물의 품질과 생산량도 극대화할 것이다.

농업로봇은 작물과 가축 같은 생물이 공존하는 환경에서 안전성이 확보돼야 하고, 논밭이나 과수원 같은 불규칙한 노면에서도 운용돼야 한다. 또한 온실이나 축사시설 내의 고온다습한 환경요인도 고려해 개발돼야 한다. 연간 운용시간의 측면에서 볼 때, 농업로봇은 파종, 시비, 제초, 수확 등 해당 농작업에 국한돼 사용되기 때문에 일반 산업용로봇과 비교해 가동시간이 훨씬 짧다. 농업로봇에 있어서는 환경변화에 대한 내구성도 매우 중요하며 다른 작업으로의 확장과 연계운용도 고려돼야 할 뿐만 아니라, 로봇의 사용주체인 농업인을 위해 저렴하면서도 조작이 쉬워야 한다. 이상과 같은 문제로 인해 기술구현의 난이도가 일반산업에 비해 높으며, 농업로봇의 실용화 역시 쉽지 않은 과제임은 틀림없다.

현재 농촌진흥청을 중심으로 다양한 농작업이 가능한 로봇 플랫폼 개발이 진행되고 있다. 국립농업과학원에서는 과수원 내 제초, 방제, 수확 등 다양한 무인작업을 위한 플랫폼과 자율항법 기술을 개발했다. 레이저 센서를 이용해 과수 열을 인식, 추종할 수 있을 뿐 아니라, 장애물 인식도 가능하다. 현재 상용화 수준으로 성능향상을 위한 고도화가 진행 중이며, 다양한 현장에 대한 시험을 진행하고 있다. 이 외에도 미래형 과수원에 적합한 무인 농작업을 위한 제초로봇과 수확로봇에 관한 연구도 진행 중이다.

◆첨단농기계의 발전방향 모색

농업인구의 감소와 고령화에 따라 농업노동력을 대체하기 위해 첨단기술을 이용한 농업의 로봇화·자동화는 필연적으로 이뤄져야 한다. 경험적인 농업에서 벗어나기 위해서는 디지털혁신 인프라의 구축은 물론 부품, 장비 및 사용자 인터페이스(UI) 등의 시스템을 규격화하고 표준화해야 한다. 아울러 새로운 시스템의 도입에 맞도록 제도와 법률의 정비도 동반돼야 한다.

이러한 점에서 2020년부터 농촌진흥청과 농기계 업체, 한국농기계협동조합, 농림축산식품부, 농협, 한국농업기술진흥원, 대학 등이 참여하는 첨단농기계 연구협의체의 활동은 매우 중요하다. 또한 농업이 처한 환경과 한국농업의 한계를 극복하기 위해서는 세계적인 흐름을 공유하면서 새로운 발전방향을 모색해야 한다. 이것이 (사)한국농업기계학회에서 국제학술 심포지엄의 주제로 ‘글로벌 농기계 산업기술 동향 및 전망’, ‘스마트 농기계 현황 및 정책방향’을 선정한 이유이기도 하다(대구 EXCO, 11월2일~3일). 이번 행사에서는 국외 연사 10명과 국내 연사 2명으로 구성된 전문가들의 주제발표를 통해 농업기계 분야의 새로운 방향을 함께 논의할 예정이다. 로봇을 포함한 첨단농기계의 연구개발과 산업화, 현장보급 및 확산을 위한 정책까지 선순환적인 발전 생태계를 조성하는데 이번 행사가 초석이 되길 기대한다.

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