[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. [날씨]대전·충남 1~5㎝ 적설 예상…계룡에 대설주의보
  2. '대통령 세종 집무실', 이 대통령 임기 내 쓸 수 있나
  3. 천안법원, 정지 신호에도 직진해 사망자 유발시킨 30대 중국인 벌금형
  4. 대전시장 도전 許 출판기념회에 與 일부 경쟁자도 눈길
  5. 천안문화재단, 2026년 '찾아가는 미술관' 참여기관 모집
  1. 백석대, 천호지 청춘광장서 청년·시민 협력 축제 성료
  2. 단국대병원, 2025년 감염병 대응 유공기관 선정
  3. 상명대 창업지원센터장, '창업보육인의 날' 기념 충남도지사상 수상
  4. 한기대 '다담 EMBA' 39기 수료식
  5. 나사렛대 평생교육원-천안시장애인평생교육센터 MOU

헤드라인 뉴스


[대전, 일류 문화도시의 현주소] 국립시설 `0개`·문화지표 최하위…민선8기 3년의 성적표

[대전, 일류 문화도시의 현주소] 국립시설 '0개'·문화지표 최하위…민선8기 3년의 성적표

대전시는 오랜 기간 문화 인프라의 절대적 부족과 국립 시설 공백 속에서 '문화의 변방'이라는 평가를 받아왔다. 민선 8기 이장우 호(號)는 이 격차를 메우기 위해 대형 시설과 클러스터 조성 등 다양한 확충 사업을 펼쳤지만, 대부분은 장기 과제로 남아 있다. 이 때문에 민선 8기 종착점을 6개월 앞두고 문화분야 현안 사업의 점검이 필요하다는 목소리가 높다. 특히 대전시가 내세운 '일류 문화도시' 목표를 실질적으로 이루기 위해서는 단순한 인프라 확충보다는 향후 운영 구조와 사업화 방안을 어떻게 마련할는지도 꼼꼼히 따져봐야 한다. 중도일..

"대전 충남 통합논의" … 金총리-與 충청권 의원 전격회동
"대전 충남 통합논의" … 金총리-與 충청권 의원 전격회동

김민석 국무총리와 더불어민주당 충청권 의원들이 대전시와 충남도 행정통합 문제를 논의하기 위해 전격 회동한다. 이재명 대통령이 얼마 전 충청권을 찾아 대전 충남 통합에 대해 긍정적 메시지를 띄운 것과 관련한 후속 조치로 이 사안이 급물살을 탈 수 있을지 주목된다. 복수의 여권 관계자에 따르면 김 총리와 민주당 충청권 의원들이 15일 서울에서 오찬을 겸한 간담회를 갖는다. 김 총리와 일부 총리실 관계자, 대전 충남 민주당 의원 대부분이 참석할 것으로 전해졌다. 회동에서 김 총리와 충청권 의원들은 대전 충남 통합에 대한 정보를 공유하고..

대전역 철도입체화, 국가계획 문턱 넘을까
대전역 철도입체화, 국가계획 문턱 넘을까

대전 원도심 재편의 분수령이 될 '대전역 철도입체화 통합개발'이 이번엔 국가계획에 이름을 올릴 수 있을지 관심이 쏠린다. 14일 국토교통부에 따르면 정부는 올해 초 철도 지하화 선도지구 3곳을 선정한 데 이어, 추가 지하화 노선을 포함한 '철도 지하화 통합개발 종합계획' 수립을 마무리할 계획이다. 종합계획 반영 여부는 이르면 12월, 늦어도 내년 상반기 중 윤곽이 드러날 전망이다. 당초 국토부는 12월 결과 발표를 예고했으나, 지자체 간 유치 경쟁이 과열되면서 발표 시점이 다소 늦춰질 가능성도 점쳐진다. 실제로 전국 지자체들은 종합..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 까치밥 먹는 직박구리 까치밥 먹는 직박구리

  • ‘겨울엔 실내가 최고’…대전 곤충생태관 인기 ‘겨울엔 실내가 최고’…대전 곤충생태관 인기

  • 병원도 크리스마스 분위기 병원도 크리스마스 분위기

  • 트램 2호선 공사현장 방문한 이장우 대전시장 트램 2호선 공사현장 방문한 이장우 대전시장