[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. 대전사랑메세나.창의력오감센터, 지역 상생 위한 업무협약
  2. 대전농협, 복지시설 4곳에 샤인머스캣 750박스 기부
  3. 한국시니어모델협회와 함께 하는 '사랑의 떡국 나눔봉사'
  4. 대전시새마을회, 2026년도 정기총회 성황리 개최
  5. 송강사회복지관, 한국수력원자력(주) 중앙연구원과 함께 따뜻한 설맞이 나눔
  1. 대덕구노인종합복지관 제1분관 신대노인복지관, 설 명절 맞이 떡국 떡 나눔행사
  2. 설맞이 식료품 키트 나눔행사
  3. 관저종합사회복지관에 한국전력공사 대전전력지사, 예담추어정 본점에서 후원품 전달
  4. 대전참여자치시민연대, 정기총회 갖고 새해 주요 사업과제 보고
  5. 대전신세계, 26일까지 캐릭터 멀티 팝업스토어 6층서 연다

헤드라인 뉴스


[설특집] 성심당은 시작일 뿐…`빵의 도시 대전` 완벽 가이드

[설특집] 성심당은 시작일 뿐…'빵의 도시 대전' 완벽 가이드

설 연휴를 맞아 외지에 있는 가족들이 대전으로 온다. 가족들에게 "대전은 성심당 말고 뭐 있어?"라는 질문을 받을 때마다 대전 시민으로서의 자존심에 작은 생채기가 나곤 했다. 하지만 이번 만큼은 다를 것이다. '노잼(No재미) 도시'라는 억울한 프레임을 보란 듯이 깨부수고, 빵과 디저트에 진심인 대전의 진짜 저력을 그들에게 증명해 보일 계획이다. ▲대전이 성심당이고 성심당이 대전이다 나의 첫 번째 전략은 '기승전 성심당'이라는 공식을 넘어서는 것이다. 물론 대전의 상징인 성심당 본점은 빠질 수 없는 필수 코스다. 대전역에 내리는 가..

[그땐 그랬지] 1990년 설연휴 대전 시민의 안방 모습은?… TV 앞에서 오순도순
[그땐 그랬지] 1990년 설연휴 대전 시민의 안방 모습은?… TV 앞에서 오순도순

1990년 1월 26일부터 28일까지 이어진 설 연휴, 대전의 안방은 TV가 뿜어내는 화려한 영상과 소리로 가득 찼다. 당시 본보(중도일보) 지면을 장식한 빼곡한 'TV 프로그램' 안내도는 귀성길의 고단함을 잊게 해줄 유일한 낙이자, 흩어졌던 가족을 하나로 묶어주는 강력한 매개체였다. ▲ 지상파 3사의 자존심 대결, '설 특집 드라마' 당시 편성표의 꽃은 단연 '설 특집 드라마'였다. KBS와 MBC로 대표되는 지상파 방송사들은 명절의 의미를 되새기는 따뜻한 가족극을 전면에 배치했다. 특히 1월 26일 방영된 KBS의 '바람소리'와..

충남·대전 행정통합 특별법, 국회 행안위 의결
충남·대전 행정통합 특별법, 국회 행안위 의결

충남과 대전의 행정통합 근거를 담은 특별법이 국회 행정안전위원회를 통과했다. 정부와 여당이 '2월 내 본회의 통과'를 목표로 속도전에 나서면서, 오는 6·3 지방선거를 통합 체제로 치를 가능성이 한층 높아졌다. 국회 행안위는 12일 밤 10시 10분 전체회의를 열고 자정 직전 대전·충남을 비롯해 전남·광주, 대구·경북 행정통합을 위한 특별법을 의결했다. 각 특별법에는 새로 출범할 통합특별시에 서울시에 준하는 위상을 부여하고, 이에 따른 국가 재정지원과 교육자치 특례 등을 담았다. 행정통합의 특례 근거를 명시한 지방자치법 개정안도 함..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘건강하고 행복한 설 명절 보내세요’ ‘건강하고 행복한 설 명절 보내세요’

  • ‘대전 죽이는 통합법, 절대 반대’ ‘대전 죽이는 통합법, 절대 반대’

  • 누가 누가 잘하나? 누가 누가 잘하나?

  • 대전·충남 행정통합에 대한 주민투표 시행 촉구 결의안 전달 대전·충남 행정통합에 대한 주민투표 시행 촉구 결의안 전달