[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. 인천 계양구, 작전동 일대 1168억 투입해 '대형 하수도 수술'
  2. 대전 갈마동 타이어 판매점 화재 진화완료…2~3층 창고에서 발생 추정돼
  3. 세종시·의회·K-water·주민 협력 결실…금강 수변공원 완성
  4. 신용보증기금-에너지기술평가원, 무탄소에너지기술 R&D 기업 지원 협약
  5. 조재철, 복용승마장 현장 점검… "재활승마 개선 차질 없어야"
  1. 아산시, " 10cm의 기적, 모두가 누리는 1층" 사업 마무리
  2. 전국 전몰 군경 유가족, 아산시 '신정호둘레길 갇기대회' 개최
  3. 아산시, 아동학대 사전 예방, 맞춤형 통합 지원 적극 추진
  4. ㈜지비스타일, 천안시복지재단에 6400만원 상당 언더웨어 3000벌 후원
  5. 아산시, 개별공시지가 열람 및 이의신청 접수

헤드라인 뉴스


드라큘라도 반한 단양마늘…구경시장 핼러윈 축제 `K-관광마켓`

드라큘라도 반한 단양마늘…구경시장 핼러윈 축제 'K-관광마켓'

마늘을 싫어하는 드라큘라가 단양마늘의 매력에 빠진다면 어떤 일이 벌어질까. 이 같은 기발한 상상력이 충북 단양구경시장에서 현실 속 축제로 펼쳐지며 관광객들에게 색다른 즐거움을 선사했다. 단양군은 지난 10월 30일부터 31일까지 단양구경시장 일원에서 개최된 'K-관광마켓 스마일 캠페인'이 관광객과 상인들의 참여 속에 성황리에 마무리됐다고 밝혔다. 이번 행사는 문화체육관광부와 한국관광공사가 추진하는 K-관광마켓 공동마케팅 사업으로, 나랑드사이다와 협업해 지역 특산물인 마늘을 핼러윈 문화와 접목한 것이 특징이다. 축제 기간 시장 문화광..

천안법원, 트집잡아 후임병 4명 폭행한 20대 선임 벌금형
천안법원, 트집잡아 후임병 4명 폭행한 20대 선임 벌금형

다수의 후임병 행동이 마음에 들지 않는다며 폭행한 20대가 벌금형을 선고받았다. 대전지법 천안지원 형사1단독은 폭행 혐의로 기소된 A(25)씨에게 벌금 200만원을 선고했다. 1일 법조계에 따르면 A씨는 2025년 10월~11월 사이 경기도 양주시에 있는 한 기동사단에서 피해자인 후임병들이 자신과 이야기 해주지 않거나 대답을 거슬리게 한다는 이유 등으로 폭행해 재판에 넘겨졌다. 공성봉 부장판사는 "피고인이 군부대 내에서 다수의 후임병(4명)을 폭행한 것으로 그 죄질이 좋지 않은 점, 반면에 피고인이 자백하고 반성하며 초범인 점, 피..

천안시, 8일 `천안삼거리 떡 페스티벌` 개최
천안시, 8일 '천안삼거리 떡 페스티벌' 개최

천안시가 8일 천안삼거리공원 선큰광장에서 '제2회 쌀맛나는 천안삼거리 떡 페스티벌'을 개최한다고 밝혔다. 2회째를 맞은 이번 행사는 천안 쌀의 우수성을 널리 알리고 전통 떡 문화를 계승해 쌀 소비를 촉진하고자 마련됐다. 축제장에서 가래떡 뽑기와 인절미 떡메치기 퍼포먼스를 비롯해 샤인머스캣 찹쌀떡, 망개떡, 삼색절편 등을 직접 만들어보는 시민 참여형 체험 프로그램이 현장 접수로 진행될 예정이다. 아울러 어린이를 위한 마술쇼와 풍선아트, 윷놀이·투호 등 전통 민속놀이 체험 공간이 마련되며, '2026년 충남술 TOP 10'에 선정된 지..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대전 타이어전문점 화재 대전 타이어전문점 화재

  • ‘더 화려하고 아름답게’ ‘더 화려하고 아름답게’

  • ‘포기마다 정성 담아’…맛있는 이웃사랑 ‘포기마다 정성 담아’…맛있는 이웃사랑

  • 미래 진로직업 체험 미래 진로직업 체험