전기전자/정보통신

전자정보통신학회지_2020.6(Vol.103 No.6) 해설 (p591-599)

스마트 농업을 위한 대응
일본공업대학 기간공학부 전기전자통신공학과 히라구리 타케후미(平栗 健史) 교수 외 4인

스마트 농업이라고 불리는 새로운 농산업이 주목을 받고 있다. 스마트 농업이라는 것은 작물 재배에 IoT(사물인터넷)나 ICT(정보통신기술) 등의 최신 기술을 적극적으로 활용하는 것을 말한다. 최근에는 산학 연계에 의한 연구 개발이나, 벤처기업, 각종 지방자치단체, 농림수산성 등 정부 차원에서 적극적으로 추진하고 있다. 본고에서는 이들 ICT나 IoT 등의 최신 기술을 이용한 스마트 농업을 해설하고, 우리들의 새로운 재배 촉진 기술로서, 천둥을 이용한 표고버섯의 재배 방법이나 LED 인공 조명을 이용한 과채류(토마토 등) 재배 촉진 연구에 대해 소개한다.

1. 머리말
스마트 농업이라는 것은 ICT나 IoT, 기계학습을 이용한 AI(인공지능) 등의 첨단기술을 활용한 새로운 농산업 형태를 말한다. 최근에는 벤처기업, 산학 연계나 각종 지방자치단체가 적극적으로 대응하기 시작했다. 또한 이들 대응을 지원하기 위해 농림수산성은 6차 산업으로서 로봇이나 ICT를 활용한 노동력 절감, 고품질 생산을 실현하는 농업 방법을 추진하고 있다.

스마트 농업이 주목을 받게 된 배경에는 일본의 농업이 특히 최근 30년간 쇠퇴의 길을 걷고 있는 것과 관계가 있다. 예를 들면, 배지 면적이나 농업 취업자 수가 크게 감소하고 있는 것이 요인으로 여겨진다. 90년에는 농업 취업자 수가 483만명이었지만 18년에는 175만명으로 줄면서, 최근 약 30년간 농업 취업자 수는 약 1/3로 감소했다. 취업자 수가 감소한 하나의 원인은 수입이 낮다는 이미지와 농작업은 열악한 노동 조건에서 일하는 중노동이라는 이미지가 영향을 미치고 있는 것으로 보인다. 또한 농업 취업자의 평균 연령이 상승하고 있는 것을 보면, 후계자가 매년 감소하고 있다는 것을 추측할 수 있다. 당연히 취업자 수가 감소하면 관리할 수 있는 토지도 줄기 때문에 배지 면적이 16% 감소했다.

수익에 관해서는 농작물의 유통시스템이 지금까지 효율화되지 못했던 점이나 자재나 물류비가 올라도 그 상승 분이 작물의 출하 가격으로 전환되지 않고, 시장에서의 중간 유통 비용과 여러 경비를 제외한 분이 농업자의 수익이 되기 때문에 당연히 수익은 감소한다. 이와 같은 중간 비용이 농업 경영을 압박하고 있다. 지금까지의 유통 경로는 농업 생산자는 처음에 도매 시장 등에 출하하고, 도매업자나 중간도매업자를 매개로 하여, 소매업자로부터 외식 산업을 통해 겨우 소비자에게 전달된다.

이러한 흐름은 당연히 유통 과정에서 큰 중간 마진이 발생한다. 이 중간 비용은 판매 가격에 반영되는 것이 아니라 출하 가격이 낮아지는 것이기 때문에 농업 생산자의 수익이 감소한다. 또한 유통 경로나 시간도 증가하기 때문에 소비자에게 신선한 작물을 전달하는 것도 어렵다.

그래서 최근에는 농업 생산자가 효율적이며 자유도가 높고, 높은 수익을 얻을 수 있는 새로운 유통시스템이 제공되기 시작했다. 그 일례로서, 온라인 시장의 도입이다. 온라인 시장에서는 인터넷 상에 농업 생산자가 출품한 농작물을 소매업 등의 구입자가 입찰로 경락시킨다. 또한 농업 생산자는 자유롭게 가격이나 출하 로트 수를 설정하거나 이들 조건을 교섭하는 것도 가능해진다. 상품도 구매자에게 직접 발송할 수 있기 때문에 지연도 적고 신선한 작물을 전달할 수 있게 된다.

새로운 유통시스템에는 벤처기업뿐 아니라 대기업도 신선식품 배송 온라인 판매로서 참여하기 시작했다. 농업 취업 인구는 감소하고 있지만 희망적인 것도 있다. 18년에는 신규 농업 참여자가 3.5배(5.6만명)로 증가했다는 점이다. 이 신규 취농자 중 40%는 50세 미만으로, 스마트폰이나 인터넷에 친숙해 온라인 시장 도입 등에 저항이 적은 세대다. 이와 같은 신규 농업 취업자를 중심으로, 인터넷을 이용한 유통 개혁뿐 아니라 최신 기술을 도입한 스마트 농업도 도입할 수 있도록 하고 있다.

최신 IoT/ICT 기술을 이용해 과제를 해결하는 대응에 대해 앞에 설명한 부분은 '유통계’ 스마트 농업이라고 하고, 앞으로 설명하는 부분을 ‘테크계’ 스마트 농업이라고 부른다.

2. ICT 스마트 농업
‘테크계’ 스마트 농업에서는 사람에 의한 노동력 삭감이나 기후에 좌우되지 않는 안정된 재배 방법을 첨단기술을 사용해 실현한다. 예를 들면, 드론에 의한 농약 살포나 AI 이미지 진단을 이용한 포장(圃場) 관리, 센서나 LED 등 전자기기를 활용한 식물 공장의 전자동화 등이다.

이미 IoT 센서와 클라우드 서버를 이용해 농작물 재배나 가축 육성을 일괄 관리하는 서비스는 전개되고 있다. 또한 드론을 이용한 농약 살포도 최근 화제가 되고 있다. 이는 사람의 작업 속도의 40~60배로 작업이 가능하기 때문에 시간도 노동력도 크게 줄일 수 있다. 또한 드론의 항공 촬영 이미지를 이용한 농작물의 상태 관리, 병해 감지, AI를 조합한 최적의 비료 살포 장소 판별 기술 등도 제안되고 있다. 트랙터 등의 농기구도 무인 운전으로 포장을 자동으로 경작해 모내기나 수확도 하는 시스템이 실용화되고 있다.

식물공장에서는 이상 기상 등의 영향으로 작물 수확에 큰 피해를 받을 걱정도 없기 때문에 대형 편의점에서는 샐러드나 샌드위치에 들어가는 양상추를, 대규모 식물 공장에서 재배함과 동시에 가공함으로써 신선한 상품을 직접 매장에 출하하는 것이 가능하다. 이 식물공장에서는 밀폐된 클린한 환경에서 수경 재배에 의한 액체비료와 LED 인공조명으로 키우기 때문에 병해나 해충 위험이 격감한다. 또한 LED 인공조명의 최적 조사(照射) 방법을 통해 영양가가 높은 작물을 생산하는 것도 가능하다는 것이 보고되고 있다.

생산량이나 품질의 향상을 위해 기계학습, 즉 AI를 이용해 숙련된 농가의 경험이나 감에 의존하지 않는 자동관수제어시스템 연구도 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들면, 과채류(토마토 등)의 관수 타이밍을 최적화함으로써 당도가 높은 작물을 재배하는 방법이 검토되고 있다. 이처럼 IoT나 ICT를 최대 활용한 ‘테크계’ 스마트 농업은 정보통신, 기계, 농업 등 다른 분야와의 융합 영역으로서 새로운 재배 시스템의 농업 방법이 급속하게 발전하고 있다.

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