[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. 칠곡 왜관철교, 주민들 쉼터 역할
  2. 대전 중수청, 세종 임시 개청 후 옛 대전세무서 부지로 이전 추진
  3. 대천해수욕장, 126명 안전요원 총출동
  4. [르포] 선풍기도 없는 40.2도 정산부스… 폭염 속 공영주차장 근로자
  5. 학교 믿고 입주했는데…입주민 "교육청 중재 나서라"
  1. 돌아오는 온통대전…자치구 지역화폐와 연계·통합 가능할까
  2. "서산 한우 관광 메카 만든다", 서산 운산 농어촌관광휴양단지 조성 본격 시동
  3. [교육부 하반기 업무계획] 국가인재위원회 신설… 거점국립대 3곳 성장엔진·AI 분야 패키지 지원
  4. [르포] 대청호 녹조 시작점 추소리 가보니…걷어내도 짙은 초록빛
  5. 부산 동구, 북항 해양레저에 시민 1000명 모였다

헤드라인 뉴스


[르포] 대청호 녹조 시작점 추소리 가보니…걷어내도 짙은 초록빛

[르포] 대청호 녹조 시작점 추소리 가보니…걷어내도 짙은 초록빛

5일 오전 11시 충북 옥천군 군북면 추소리 대청호 수역. 수면은 평소 물빛을 알아보기 어려울 정도로 짙은 초록색으로 변해 있었다. 녹조가 뒤덮은 물 위로 오리들이 유유히 지나갔고 물가에는 각종 부유물이 떠다녔다. 수변 주변으로는 수많은 파리가 날아들었다. 플라스틱 컵으로 수면의 물을 떠보니 연한 초록빛을 띠었다. 물을 다시 쏟아낸 뒤에도 컵 안쪽에는 녹색 흔적이 남았다. 추소리 수역은 매년 여름이면 녹조가 반복적으로 발생하는 곳이다. 이날도 작업자들이 녹조방제선에 올라 수면을 뒤덮은 녹조를 걷어내고 있었다. 방제 작업은 하루 두..

`우린 비급여만` 건강보험 미청구 의료기관 대전 65곳 충남 31곳
'우린 비급여만' 건강보험 미청구 의료기관 대전 65곳 충남 31곳

건강보험 요양급여를 단 한 차례도 청구하지 않고 비급여 진료만 하는 이른바 '건보 청구 0원 의료기관'이 대전과 충남에서 100여 곳에 이르는 것으로 집계됐다. 비급여 진료만 하는 것으로 여겨지는 의료기관은 대전 서구와 충남 천안에 집중되어 있고, 성형외과보다 일반의에서 이러한 현상이 두드러지고 있다. 건강보험심사평가원이 국회 보건복지위원회 서영석 더불어민주당 의원에게 제출한 '건강보험 미청구 의료기관' 현황을 분석한 결과, 2025년 기준 대전 의원급 의료기관 65곳과 충남 31곳이 연중 건강보험을 한 차례도 청구하지 않은 것으로..

학교 믿고 입주했는데…입주민 "교육청 중재 나서라"
학교 믿고 입주했는데…입주민 "교육청 중재 나서라"

학교 신설 대체 이전을 전제로 추진된 한화포레나 유성 아파트 단지 내 초등학교 기부채납 공사가 중단되면서 입주민들의 반발이 확산하고 있다. 학교 개교를 믿고 입주를 결정한 입주민들은 5일 대전교육청 앞에서 집회를 열고 공사 재개와 개교 일정 정상화를 촉구하며 교육청의 적극적인 중재를 요구했다. 한화포레나 유성 입주민들은 이날 기자회견을 통해 "학교 공사 중단으로 학생들의 학습권과 통학 안전이 위협받고 있다"며 "교육청과 시행사는 더이상 책임을 미루지 말고 학교를 정상적으로 개교할 수 있도록 대책을 마련해야 한다"고 주장했다. 이어..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘충청권 식수원을 보호하라’…대청호 녹조 제거하는 방제선 ‘충청권 식수원을 보호하라’…대청호 녹조 제거하는 방제선

  • ‘전문 간호인으로서의 책임과 의무를 다하겠습니다’ ‘전문 간호인으로서의 책임과 의무를 다하겠습니다’

  • 폭염에 도로 위 피어오른 ‘아지랑이’ 폭염에 도로 위 피어오른 ‘아지랑이’

  • ‘폭염에도 일을 쉴 수 없어요’ ‘폭염에도 일을 쉴 수 없어요’