[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. <속보>대전 갈마동 타이어업체서 화재
  2. 세종 스마트시티 2100세대 분양 초읽기…11월 견본주택 오픈
  3. 대덕대 야구부 창단 4년만에 프로선수 배출
  4. 국방부, 대전 문화동 부지 '전면 매각' 추진…터전 잃을 위기 화훼단지
  5. 대전 용두동2구역, 분양가 이견에 사업 표류… 이자 눈덩이
  1. [중도일보 독자권익위원회] "골목상권 살릴 소비촉진, 지역언론이 이끌어주길"
  2. 국산 밀·콩, 학교급식 타고 식탁으로… 세종 나성중서 소비 캠페인
  3. 국립한밭대 동문 윤통섭 비전세미콘 회장, 발전기금 1억원 기부
  4. 대전 둔산신협, 서구 월평2·3동 저소득계층 위한 겨울이불 전달
  5. 대전교원시니어직능클럽 한글아카데미 합창단 정기공연

헤드라인 뉴스


머크, 대전 추가투자 가능성 시사… 지역경제 동반성장은 과제로

머크, 대전 추가투자 가능성 시사… 지역경제 동반성장은 과제로

머크(Merck)가 대전 생산센터 준공을 계기로 추가 투자 가능성을 내비치면서 대전 바이오산업의 확장 여부에 관심이 쏠리고 있다. 특히 KAIST와 공동 연구개발 프로젝트를 다수 진행하고 있는 가운데 향후 연구시설 확충 가능성까지 거론되면서 대전이 머크의 아시아·태평양 생산거점을 넘어 연구개발 중심지로 성장할 수 있을지 주목된다. 29일 열린 머크 대전 생산센터 준공식에서 머크 독일 본사와 독일 정부 관계자들은 대전시의 적극적인 지원으로 대규모 생산시설 건립이 예상보다 빠르게 진행됐다는 점을 높이 평가했다. 외국인투자지역 입주에 따..

대전 갈마동 타이어 판매점 화재 진화완료…2~3층 창고에서 발생 추정돼
대전 갈마동 타이어 판매점 화재 진화완료…2~3층 창고에서 발생 추정돼

30일 오전 10시 2분께 대전 서구 갈마동의 한 타이어 판매점에서 발생한 화재가 4시간 31분 만인 오후 2시 33분께 완전히 진화됐다. 짙은 연기와 거센 불길이 치솟으면서 화재발생 직후부터 150건 이상의 신고가 소방당국에 접수됐으며, 대전소방본부는 대전시와 산림청 헬기 2대와 소방장비 98대, 인력 238명을 투입해 화재 진압과 방수 작업을 벌였다.소방당국은 최초 신고 18분 만인 오전 10시 20분께 관할 소방서의 모든 소방력을 동원하는 대응 1단계를 발령했으며, 현장 주변에서는 교통 통제와 주민 대피도 진행됐다.타이어판매점..

`대전 예수` 와이스, 한화 돌아올까… 독수리 군단 마운드 재건 변수로
'대전 예수' 와이스, 한화 돌아올까… 독수리 군단 마운드 재건 변수로

한화이글스의 가을을 뜨겁게 달궜던 '대전 예수' 라이언 와이스가 다시 독수리 군단의 마운드에 오를 수 있을까. 미국 메이저리그(MLB) 재도전에 나섰던 와이스가 자유계약선수(FA) 신분으로 풀리면서 한화 복귀 가능성에 관심이 쏠리고 있다. 30일 미국 현지 보도에 따르면 휴스턴 애스트로스는 와이스에게 걸려 있던 2027시즌 500만 달러 규모의 구단 옵션을 행사하지 않기로 했다. 대신 바이아웃 50만 달러를 지급하면서 와이스는 새로운 소속팀을 찾을 수 있게 됐다. 와이스에게 올해는 아쉬움이 짙게 남는 시즌이었다. 지난해 한화에서의..

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