[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. 농지관리 체계 전면 개편… 전담기구 신설 추진
  2. [창간75-축사] 조정식 국회의장 "언론 본연 가치 흔들림 없어야"
  3. [창간75-축사] 이재명 대통령 "지역발전 도모하는 든든한 등대"
  4. [창간75-축사] 허태정 대전시장 "시민 목소리 담아 대전의 새로운 100년 함께 열길"
  5. 구본영 충남도 정무부지사, 천안 공장 화재 사고 희생자 빈소 방문
  1. [창간75] AI 선도·반도체 성장축 떠오른 충청…초광역 ‘원팀 전략’ 관건
  2. [창간75] 충청권 392兆 대규모 투자 마중물… '초광역 경제권' 발판 삼아야
  3. [창간75-축사] 강미애 세종교육감 "세종교육 발전 든든한 동반자로"
  4. 천안 복합테마파크 주변 사유지내 대규모 불법구조물 매립, 책임소재 밝혀지나
  5. [창간75] 기록을 딛고, 충청의 미래를 점화한다

헤드라인 뉴스


[르포] 4년만에 돌아온 온통대전… 상인들 상권활기 기대감

[르포] 4년만에 돌아온 온통대전… 상인들 상권활기 기대감

"다시 시작해 너무 좋죠. 온통대전 (발행) 하고, 안 하고 매출 차이가 크거든요." 대전 지역화폐 온통대전 운영 재개 첫날인 1일 대전 중앙시장에서 만난 한 반찬가게 상인은 온통대전 가맹점을 알리는 안내스티커를 점포에 부착하며 이같이 말했다. 최근 물가 상승과 경기 침체로 소비심리가 위축돼 좀처럼 시장에 활기가 돌지 않았던 만큼, 4년 만에 돌아온 온통대전은 시장 상인들에게 반가운 소식이다. 이전 대전사랑카드 운영 과정에서 예산 문제로 캐시백 지급이 일시 중단되거나 혜택 폭이 줄어들면서 매출 변화를 크게 체감했다는 게 상인들의 설..

중도일보 창간 75주년 기념식 선샤인호텔서 열려…"더욱 힘찬 도약 다짐"
중도일보 창간 75주년 기념식 선샤인호텔서 열려…"더욱 힘찬 도약 다짐"

국토의 중심에서 세상의 목소리를 전하며 충청의 가치를 증명해온 중도일보(회장 김원식, 사장 유영돈)가 창간 75주년을 맞아 1일 오전 10시 30분 대전시 동구 선샤인호텔에서 창간 75주년 기념식을 개최했다. 유지은 대전 MBC 아나운서의 사회로 진행된 이날 기념식에서 허태정 대전시장, 조상호 세종시장, 박수현 충남도지사, 김정겸 독자권익위원장(충남대 총장), 정태희 대전상공회의소 회장이 동영상으로 중도일보 창간 75주년 축하 메시지를 전했다. 김원식 회장과 유영돈 사장은 이날 중도일보에 몸담았던 산증인들인 성기훈 전 고문, 조성남..

`위용` 드러낸 세종지방법원… 설계공모 당선작 공개
'위용' 드러낸 세종지방법원… 설계공모 당선작 공개

행정중심복합도시건설청(이하 행복청, 청장 강주엽)이 세종시 반곡동에 들어설 세종지방법원 설계공모 당선작으로 ㈜희림건축사사무소 컨소시엄의 '그늘숲 법원'을 선정하고 1일 공개했다. 이번 설계공모에는 ㈜희림건축사사무소 컨소시엄, ㈜선진엔지니어링종합건축사사무소 컨소시엄, 에이앤유디자인그룹건축사사무소 3개사가 작품을 제출했다. 심사위원회는 ▲경사지 특성을 고려한 건물 계획 ▲법정동과 민원동 등 기능별 공간의 분리성과 연결성 ▲법원의 상징성을 잘 나타낸 건물 입면계획 등을 종합적으로 평가하여 당선작을 선정했다. 앞서 31일 행복청은 심사 전..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대전신세계 개점 5주년…베어 벌룬과 ‘찰칵’ 대전신세계 개점 5주년…베어 벌룬과 ‘찰칵’

  • 물폭탄에 잠긴 교량 차지한 오리 물폭탄에 잠긴 교량 차지한 오리

  • ‘두 달째 파행하고 있는 대덕구의회 규탄한다’ ‘두 달째 파행하고 있는 대덕구의회 규탄한다’

  • 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 여자부 8강 제17회 대전시 동구청장배 전국풋살대회 여자부 8강