우리나라는 2025년 고령인구 비율이 20.3%에 이르러 초고령사회에 진입할 것으로 전망되며, 이미 농가수 및 농가인구는 지난 10년간을 추세적으로 보면 지속적으로 감소하고 있고, 2021년 65세 이상 고령농 비율은 46.8%를 넘어섰다. 2021년 기준으로 벼농사 기계화율은 98.6%인데 반해 밭농사의 경우 61.9%에 불과하다. 그 중에서도 경운, 정지 및 방제작업의 기계화율은 90% 이상이지만 파종, 정식, 수확 작업은 10% 내외로 매우 저조하다. 농가에서 생산하는 밭작물 종류와 재배방법이 다양하고, 밭 경영규모별 0.5ha 이하의 농지에서 농사를 짓는 비율이 2010년 68%에서 2021년 70% 이상으로 나타나 아직도 열악한 환경이 계속되고 있어 밭농업기계화율이 정체를 보인다고 생각한다.

이를 위해 밭농업기계 보급확산 정책과 밭작물기계화 촉진대책과 맞물려 밭농업 기계화율을 끌어올리려는 목표로 최근 10년간 정부 R&D를 통해 밭농업기계 관련 연구에 약 1110억원 규모가 투자됐다. 세부적으로 살펴보면 농식품부 384억원, 농진청 185억원, 산업부 350억원, 중기부 169억원, 과기정통부 21억원 등 범부처 차원의 연구에 총 647과제 지원됐다. 부처별로 농식품부는 국산화와 산업화를 위한 농기계 연구중심으로 추진했고, 농진청은 작목 재배단계 맞춤형, 농기계 성능시험 연구 등을 추진했다. 산업부는 센서 기반의 대형 자율주행 트랙터 및 드론 연구, 중기부는 엔진, 진동저감 등 장치 요소기술 개발 및 단일기능 농기계 개발, 과기정통부는 지능화, 에너지 효율화 및 제어 알고리즘 연구 등을 추진했다. 이와 발맞춰 농식품부, 경상북도, 군위군, 산업체 등의 지원을 받아 2016년도에 경북대학교 밭농업기계개발연구센터가 설립됐다.

연구센터의 목적은 크게 2가지인데, 첫 번째는 고령자, 여성농업인이 사용하기 편리한 저가, 소형 밭농업기계 핵심기술 개발을 통해 우선적으로 재배면적이 넓은 고추, 마늘, 양파, 배추, 무, 감자, 고구마, 콩, 참깨 등 10개 작목을 중점으로 기계화율이 현저히 낮은 파종, 정식, 수확작업에 집중해 기계화율을 끌어 올리는 것이다. 두 번째는 최근 스마트 및 인공지능기술 융합과 맞물려 첨단농기계로의 산업구조가 개편되고 있지만, 농기계관련 업체들은 전문인력이 없어 대부분 연구개발에 대한 부담을 최소화하고 리스크를 최대한 줄이는 방안으로 단기 제품개발에만 집중하고 있어 미래 첨단농기계산업으로 전환이 더딜 수밖에 없는 실정이다. 따라서 농기계를 자체 설계, 제작할 수 있는 전문인력 부족으로 이 사업을 통해 대학과 농기계관련 회사 간 연구인력 수급에 있어 미스매치를 해결하고자 하는 것이다.

연구센터는 지난 3년간의 1단계 실용화 기술개발을 마무리했고, 2단계에서는 2019년부터 4년간 3개의 핵심 중점연구를 지정해 추진 중에 있다. 연구센터에서는 밭농업기계 핵심기술을 다음과 같이 정의하고 실용화에 역점을 두고 기술적 지원을 진행했다. 마늘을 직립으로 파종하는 기술, 식재장치가 묘에 상처를 주지 않고 정식하는 기술, 다양한 재배양식에 적합하도록 승용관리기나 트랙터를 개량이나 개선한 기술, 밭고랑 잡초제거를 편리하게 하는 기술, 기존 정식기의 결주율을 줄이는 기술, 비료살포기의 살포균일도를 높이는 기술, 상처를 주지 않고 일시 수확하는 기술, 일정한 깊이로 배추 뿌리를 절단하는 수확기술 등이라 할 수 있다.

예를 들어, 마늘파종기의 경우 배종부 구조 및 강도개선을 최적설계와 동적해석을 통해 제품의 강성을 높여 모듈별 설치가 용이해 다양한 조간간격과 트랙터와 승용관리기, 이앙기 등 활용범위를 높였다. 또한 다목적 기능으로 여러 작업을 동시에 할 수 있는 복합작업기는 견인동력과 견인제어를 위한 작업조건 구명, 장탈착의 편이성 개선, 후방전도 안정성 개선, 멀칭소진 알림장치 등의 기술들이 융합되어 제품에 적용됐다.

1단계에서 개발된 밭농업기계 14기종인 노지고추 수확작업 편이장치, 붐심스피드 스프레이어, 트랙터부착형 평두둑 복합작업기, 밭고랑잡초 제거용 예초기, 논·밭작물 겸용트랙터, 밭농업 소형 복합토양관리기, 농업용 전동운반차, 고추정식기, 마늘파종기, 감자파종기, 롤러식 포트파종기, 고추수확기, 소형 마늘수확기, 배추 소형수확기 등에 대해 사업화를 완료했다.

2단계에서 중점을 둔 연구는 고령자·여성 친화형 기계보급을 위한 전동화 기술을 기반으로 고령자나 여성들이 농작업 현장에서 노동력을 경감시키고 편리성을 높일 수 있는 근거리 무선통신기술이 적용된 다목적 밭농업기계 플랫폼 및 작업기를 개발 중에 있다. 또한, 파종, 정식작업의 강도 높은 노동력 해소와 기존 정식기에 사용되는 플러그 포트의 상토 및 작물 뿌리부 손상, 결주율, 난분해성 재질로 인한 환경문제 등을 해결할 수 있도록 기계정식용 생분해성 포트를 이용한 통합형 파종 정식기와 포트파종기를 개발 중에 있다.

채소 중에서도 연중 생산되는 품목으로서 재배면적과 생산량이 전체 엽채류의 68.5%와 83.2% 큰 비중을 차지하고 있는 배추의 수확에 과도한 노동력이 투입과 이로 인한 생산비 증가를 해결하기 위해 센서기반 예취부 자세제어로 수확손실률을 최소화한 자주식 배추수확기와 배추망 자동공급장치 등을 개발 중에 있다.

현재 개발되는 제품을 살펴보면 신규개발 제품도 있지만 기존제품의 개선개발이 많다. 그 이유는 기존 연구가 되었지만 기계의 성능과 효율이 낮아서 산업화가 되지 않았던 이유이기도 하다. 최근에는 밭농업기계에 디지털 요소기술을 접목시켜 성능과 효율, 사용자의 편리성을 높이고 있다. 그 예로 경작지와 농작물에 필요한 비료, 농약, 물 등을 필요한 곳에 필요한 만큼만 공급하는 변량제어 기술, 초음파 또는 LiDAR 등을 이용해 작물의 높이와 지형에 따라 자동으로 작업기를 제어할 수 있는 기술, 센서를 이용해 종자나 묘를 인식해 결주율을 줄이는 기술, 카메라를 기반으로 잡초를 인식해 잡초를 제거하는 기술, 농경지 내 미작업 구획과 중복작업을 방지할 수 있는 기술, 일정하게 심어진 농작물은 자율주행 기능을 이용해 수확 시 손실률을 최소화할 수 있는 기술 등이 있다. 또한, 제어구동은 무인 농작업기, 로봇으로 발전할 것이라는 것은 자명한 일이기 때문에 각종 농작업 하드웨어와의 연동이 매우 중요하다. 초기단계는 단순한 제어요소, 센서를 통한 데이터 수집, 제품의 편리성과 기술고도화에 초점을 맞추고, 점차적으로 무인화와 자율농작업을 연동할 수 있는 기술을 확대해나가고 있다.

그러나, 개발된 기술이 산업화가 되어 시장에서 판매되는 선순환 구조를 이뤄야 되는데, 우리나라 밭농업기계 산업은 곳곳에 난제들이 많이 있다. 이를 해결하기 위해서는 R&D의 방향이 핵심기술이나 요소기술의 성능과 효율을 높이는 연구과제도 중요하지만 다양한 밭농업기계 지원모델에 주목할 필요가 있다.

첫째, 제품 양산화를 위한 농기계 설계, 구조, 농작업, 조작편의성 검증, 주행 테스트 등을 지원 받을 수 있고, 세계각지에서도 가상환경에 접속해 원격 자율주행, 정비, 교육, 전시, 바이어 상담 등 수출지원도 가능한 밭농업기계 품질지원 시스템이 필요하다. 이를 통해 농작업기의 품질과 성능, 기술 데이터를 축적하고, 수출을 위한 국가별 상호인정협정 시험평가체계를 구축하는 것이다. 해외현지 환경을 가상에서 구현이 가능하므로 해외 현지 시험인증을 국내에서 대신함으로써 관련 법규 및 규제대응 인증시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.

둘째, 대학, 연구소, 산업체, 교관, 농업인 등 통합적으로 교육을 담당할 수 있는 밭농업기계 전문교육센터의 설치도 시급하다고 본다. 산업체는 디지털화된 다양한 기종의 검증 안정성 확보, 서비스 관리가 필요하고, 농업인은 신제품이나 디지털화된 장비 적응이 필요하고, 농기계임대사업소의 경우 디지털화된 밭농업기계의 정비, 진단에 대한 기술이 필요하기 때문이다. 현재로서는 밭농업기계의 디지털화를 위한 전문화된 인력이 없을뿐더러 인력양성 시스템도 갖추지 못하고 있다.

그러나 연구센터는 올해가 지나면 정부지원이 중단돼 앞서 언급한 연결고리가 없어지게 된다. 이에 기존 R&D 기술과 연계하고 다양한 밭농업기계 지원 모델을 통합한 신규사업이 필요하다. 이제 먼 미래는 아니지만 밭농업기계 요소기술과 플랫폼, 교육시스템에 디지털전환과 그 해결책인 솔루션이 결합이 되면 디지털농업이 무한한 가치를 창출할 수 있다고 생각한다. 밭농업기계의 디지털전환에 있어 아직 많은 기술개발, 기반조성, 정책이나 법제화 등 갈 길은 멀지만, 한걸음씩 나아갈 때 조금씩 현실로 다가올 것이라고 생각한다. 

농축산기계신문  webmaster@alnews.co.kr

<저작권자 © 농축산기계신문, 무단 전재 및 재배포 금지>