[사이언스칼럼] 스마트 팜에 활용되는 컴퓨터 시뮬레이터의 역할

  • 오피니언
  • 사이언스칼럼

[사이언스칼럼] 스마트 팜에 활용되는 컴퓨터 시뮬레이터의 역할

박상신 한국에너지기술연구원 계산과학연구실 책임연구원

  • 승인 2022-03-10 16:59
  • 신문게재 2022-03-11 18면
  • 임효인 기자임효인 기자
박상신
박상신 한국에너지기술연구원 계산과학연구실 책임연구원
스마트 팜이란 농업에 정보통신기술(ICT·Information and Communications Technology)을 활용한 지능화된 농장을 말한다. 스마트 팜은 작물의 생육환경을 실시간으로 관측·분석하고 최적의 상태로 관리하는 공학기술 기반 4차 산업혁명 시대의 새로운 농업방식이다. 작물의 생육환경 (온도·습도·햇볕량(일사량)·이산화탄소·토양 등)을 측정·분석하고 최상의 상태로 관리할 수 있게 해준다. 정보통신기술 기반의 농업방식이므로 노지, 온실, 식물 공장 등에 모두 적용이 가능해 농·축산업에 광범위하게 활용된다. 시간과 공간의 제약 없이 원격·자동으로 작물을 재배할 수 있는 것이다. 농작물의 생산량 증가는 물론 노동시간 감소를 통해 농업환경을 획기적으로 개선할 수 있다. 무엇보다 변화무쌍한 날씨를 포함한 외부 환경으로부터 자유로울 수 있다. 스마트 팜의 최적화를 위해서는 반드시 공학기술이 뒷받침돼야 한다. 생육조건 설정(온도·습도·이산화탄소 농도 등), 환경정보 모니터링·데이터 자동수집과 자동·원격 환경관리 및 제어 (냉난방기 구동·창문 개폐·이산화탄소 농도·영양분 공급 등)등이 바로 그것이다.

이러한 공학기술 중에서 가장 핵심 기술은 작물이 가장 잘 자랄 수 있도록 도와주는 스마트 팜 온실 내부의 작물 생육환경 관리 및 제어 시스템이다. 이 시스템을 개발하기 위한 가장 이상적인 방안은 현장 실험을 통해 해당 작물 재배 시설에서 발생하는 작물의 다양한 생육환경 문제에 대한 충분한 데이터 확보를 하는 것이다. 이렇게 확보된 데이터를 기반으로 다양한 환경적 문제가 발생했을 경우 시기적절하게 온실 내부 생육환경을 제어·통제할 수 있다. 하지만 시간과 공간 그리고 노동력의 제약 없이 자동으로 재배하기 위한 설정이 매우 복잡하며, 많은 노동력과 제한된 측정 포인트에 의존해야 한다는 한계점들이 존재한다. 이 한계점들을 극복하기 위한 대안으로 컴퓨터 시뮬레이터인 전산유체역학(CFD·Computational Fluid Dynamics) 기반 공학기술이 필요한 것이다. 전산유체역학을 활용한 다양한 시뮬레이션을 통해 스마트 팜 온실 내부의 환경적 요인(온도·습도·이산화탄소 농도·유체의 분포 등)을 예측하고 분석하는 것이 가능하다. 특히 온실 내부의 작물들 간의 열전달 특성, 유체 유동 특성, 이산화탄소 농도 및 습도 변화 등 다양한 물리·화학적 현상들을 예측해 작물이 가장 잘 성장할 수 있는 최적의 생육환경 조건을 제시할 수 있고 동시에 설정 및 제어가 가능하다.



3ㄹㄷ
스마트 팜 온실 내부 컴퓨터 시뮬레이터 적용 사례. (출처 : 노재승 외, 가상현실 기반 농업시설 공기유동 시뮬레이터의 개발, 한국생물환경조절학회지, 2019, Vol.28, No.1, pp.16-27.)
특히, 시뮬레이션을 통해 온실 외부 태양열·광에 의한 온실 내부 온도에 미치는 영향을 예측해 최적의 태양열·광을 흡수하기 위한 지붕 및 측면 창문 방향과 위치 선정을 제시할 수 있다. 이는 겨울철 난방기 가동을 최소화해 에너지 절감과 동시에 신재생 에너지 활용으로 에너지 효율 측면에서 매우 유리하다. 또한, 온실 내부에 작물이 배치된 위치를 중심으로 온도, 습도 및 이산화탄소 농도 등을 예측해 작물의 최적 생육환경 제어가 가능하다. 작물의 생육환경에 영향이 없는 위치에 투입되는 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있다. 유럽과 미국 등 선진국에서는 적극적인 정부 지원과 함께 컴퓨터 시뮬레이터 기반 다양한 공학기술을 접목한 자체 개발 시스템 및 플랫폼을 적용해 농작물의 생산성 향상과 경비 절감에 초점을 맞춰 전 세계 스마트 팜 시장을 선도하고 있다. 특히, 미국은 1990년대 이후 농업 기술개발에 컴퓨터 시뮬레이터 기반 다양한 공학기술을 적극적으로 활용해 영농규모의 대형화 및 첨단 스마트 농업기술로 대량의 농작물 생산이 가능해졌다.

이렇듯 최적화된 스마트 팜을 위해서는 컴퓨터 시뮬레이터 기반 공학기술이 필수다. 특히, 예측이 매우 어렵고 복잡한 외부 환경 요인에 민감한 농업 분야에서는 더욱 이러한 컴퓨터 시뮬레이션 관련 공학기술들이 광범위하게 활용이 요구되며, 그 컴퓨터 시뮬레이터 중심에는 전산유체역학이 있다. 이것은 농업 분야뿐만 아니라 항공·우주분야, 전기·전자분야, 자동차분야, 의학·의료분야, 조선·해양 분야, 에너지·환경 분야 등 다양한 산업화 연구개발에 필수적으로 적용된다. 전산유체역학 기반 공학기술, ICT 기술 및 인공지능의 발전으로 머지않은 미래에 '손가락으로 농사를 짓는 스마트 팜' 시대가 도래할 것이다. 박상신 한국에너지기술연구원 계산과학연구실 책임연구원

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 사단법인 대전신체장애인복지회, 2026 대전사랑의끈연결운동
  2. 다드림후원회, 13년째 이어온 따뜻한 나눔
  3. 대전청년새마을연합회 녹색새마을 가꾸기
  4. [부고]박종훈 방송인 빙부상
  5. 대전시청자미디어센터, 목원대와 청년 지역혁신 중심 미디어 인재 양성 위해 맞손
  1. 천안법원, 공용주방 밥을 훔친 50대 남성 징역형
  2. 개원 44주년 맞은 순천향대천안병원, 발달장애 청년 합창단 초청 음악회 개최
  3. 천안도시공사, 업무 전문화에 따른 고문변호사 위촉… 신속하고 정확한 법률 자문
  4. 백석대, 2026년 청년 취업 지원 커넥트 유관기관 간담회
  5. 충남혁신센터, '모두의 창업 프로젝트' 참여자 모집

헤드라인 뉴스


與 지방선거 충청경선 수퍼위크…뜨거워지는 금강벨트

與 지방선거 충청경선 수퍼위크…뜨거워지는 금강벨트

6·3 지방선거 더불어민주당 경선이 이번 주 슈퍼위크를 맞으며 뜨겁게 달아오를 전망이다. 충청권 수부 도시인 대전시장의 경우 허태정·장철민 후보가 결선에 돌입하고 행정수도와 AI 시대를 열어갈 세종시장과 충남지사는 본 경선 결과가 발표된다. 민주당은 이와 함께 충청권 4개 시도 가운데 충북지사 후보를 가장 먼저 확정하고 4년 전 금강벨트 참패를 설욕하기 위한 전투화 끈을 졸라매고 있다. 민주당에 따르면 전날 중앙당선관위는 대전시장 후보 경선 개표 결과를 발표했다. 이에 따르면 과반 득표자 없이 허태정 전 대전시장과 장철민 의원(대전..

李 “지방 재정 오히려 8.4조 늘어”…‘고유가 지원금’ 부담론 반박
李 “지방 재정 오히려 8.4조 늘어”…‘고유가 지원금’ 부담론 반박

이재명 대통령이 5일 '고유가 피해지원금'을 둘러싼 지방자치단체 재정 부담 논란에 대해 정면 반박에 나섰다. 일각에서 제기된 지방 재정 부담 증가 주장에 대해 실제로는 재정 여력이 오히려 확대된다는 점을 강조하며 논란 차단에 나선 모습이다. 이 대통령은 이날 엑스(X·옛 트위터)를 통해 국회예산정책처 보고서를 인용한 언론 보도를 언급하며 지원금 사업에 지방비가 20~30% 투입돼 재정 부담이 늘어난다는 주장은 사실과 다르다고 지적했다. 그는 "이번 추경에서 지방정부 재정 여력 보강을 위해 지방정부에 주는 돈(지방교부세)은 9.7조원..

중동전쟁 유가 상승 `도미노식 물가상승` 현실로?
중동전쟁 유가 상승 '도미노식 물가상승' 현실로?

중동 전쟁 장기화로 인한 유가 상승이 산업계 전반으로 확산되며 이른바 '도미노식 물가 상승'이 현실화되고 있다. 일각에서는 이러한 영향이 시차를 두고 반영되면서 하반기부터는 물가 상승에 대한 체감도가 더욱 커질 것이라는 전망이 나온다. 5일 한국석유공사 유가정보시스템 '오피넷'에 따르면 이날 오전 10시 기준 대전지역 평균 휘발유 가격은 리터당 1925.48원, 경유는 1910.82원으로 전날보다 각각 6.82원, 5.55원 상승했다. 지난달 27일 정부의 2차 석유 최고가격제 시행 이후 상승 폭이 점차 확대되면서, 불과 열흘 만에..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 벚꽃 활짝…대전에 봄 왔네 벚꽃 활짝…대전에 봄 왔네

  • 고유가에 운행 포기 속출 고유가에 운행 포기 속출

  • 대전 도심을 푸르게 대전 도심을 푸르게

  • 버스와 트램의 장점 살린 3칸 굴절차량 도심 주행 버스와 트램의 장점 살린 3칸 굴절차량 도심 주행