ICT 기반 식물 공장, '유비쿼터스' 구축으로 한발 더 성장해야

식물공장의 필요성에 한 시대적, 산업적 요구가 증가함에 따라 전 세계적으로 식물공장을 이용하여 다양한 작물을 재배하려는 연구가 이루어지고 있다. 그러나 대부분의 연구는 컨테이너 크기의 소형 식물공장 형태의 연구실을 대상으로 한 부분적인 기술에 국한되어 있으며, 경제적 효과를 확보하기 위한 대형 식물공장에 대한 연구는 부족한 실정이다. 스마트팜의 발전이 가속화되려면, 하루빨리 수익창출모델로 자리매김할 필요성이 대두되고 있다.

차후 국내에서 ICT 기반의 '스마트팜 팩토리' 시스템이 실현되는 건 역부족일까. 황성일 연구 기획 팀장에게 물어봤다.

유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술 부족 원인

식물공장은 LED 조명, 자동 온도 조절 등 인공 환경 조성을 통한 식물의 연속생산 시설로 농업과 바이오, 나노, IT 분야의 융복합화를 선도하고 있다. 또한 저탄소 녹색 성장 시의 도래와 함께 식물공장을 배출된 탄소의 자연 소비처로 활용하는 방안도 새롭게 모색되고 있어, 식물공장 기술 분야에 한 R&D의 요성이 더욱 부각되고 있는 실정이다.

스마트팜 팩토리는 기존의 식물공장의 개념을 확장한 것으로, 일부 환경정보를 수집하여 시설물을 제어할 수 있는 기존의 식물공장 수준를 뛰어 넘어 식물 생육을 한 정보의 수집과 시설의 운영 및 관리의 자동화가 가능하며, 수집된 정보를 이용하여 최적의 작물 생육을 한 정보 분석과 이의 적용이 가능한 사인 식물공장 관리 시스템을 말한다.

앞서 미국, 일본과 같은 농업 선진국의 규모 기업 형태 의 농업 산업체 들은 이미 자체적으로 유비쿼터스 센서 네트워크 기술을 적용한 생산 및 유통 지원 시스템을 구축하기 위하여 각종 연구를 추진중이다.

그러나 군사, 의료, 산업, 물류 분야와 다르게 농업 분야의 경우 실시간으로 변화되는 기상 정보, 작물의 생육 상태, 각종 질병 등과 같이 고려해야 할 다양한 변수들과 센서의 배터리 문제, 가혹한 환경 조건에서도 버틸 수 있는 센서의 개발 등의 문제들로 인하여, 유비쿼터스 센서 네트워크 기술이 용된 효과인 시스템을 구축 하는 데에 많은 어려움이 있다.

농업 종사자들과 센서 네트워크 기술을 연구하는 과학자들과의 관점 차이도 문제다. 따라서 농업 분야에서 유비쿼터스 센서 네트워크 기술을 활용하기 위해서는 해결해야 할 과제들이 많다.

국내의 식물공장 환경의 자동제어 연구는 현재 초보적인 실정이다. 원인은 농업 시설과 작물 생산에 한 기술들이 IT 기술과의 접목에서 유기적으로 수행되지 못하는 점 때문이다.

계측과 제어 기술, 데이터베이스와 인공지능 기술, 데이터 통신, 통합 소프트웨어 시스템, 센서 기술 등의 적극적인 도입이 농업의 생산성 극대화와 자동화를 위해 절실히 요구되고 있다. 그 결과, 최근 들어 시설 재배 환경의 자동 제어를 한 전문가 시스템 개발, 식물공장 모니터링 시스템 테스트 베드 구축, 통합 센서 모듈을 이용한 농업 환경 모니터링 시스템 개발 등의 다양한 연구들이 진행되고 있다. 그렇지만 이러한 선행연구들은 단지 식물 공장을 자동으로 제어하는데에만 국한되어 있다. 보다 효율이고 자동화된 제어 시스템의 개발이 필요하다.

또 식물공장 구축과 운영에 고비용이 필요하기 때문에 이의 경제 해소를 한 고부가가치 식물만이 가능하다는 제한성이 존재한다.



식물 공장 진짜 '제조업'처럼 탈바꿈해야

ICT 기반의 식물공장의 한계를 극복하고 차세대 신산업으로 성장하려면 I정보통신기술과 바이오 기반 농생명 공학기술, 대량생산을 위한 농업자동화 기술 그리고 부가가치 증대를 한 정보화 기술들을 융합한 새로운 식물공장의 모델인 '스마트팜 팩토리'가 필요하다.

일례로 애그로닉스의 수경인삼 재배 식물공장은 2012년 준공하여 2013년부터 본격적으로 재배를 시작해왔다. 수경인삼 재배 방식은 유기농 무농약으로 노지에서 재배된 건강한 1년생 묘삼을 구입하여 이를 저온저장고에서 보관하였다가 정식 일정에 맞추어서 온도를 서서히 올리는 순화의 과정 을 거친 뒤에 식물공장에 정식 하여 재배하는 방식으로 진행되고 있다.

일반적으로 인삼은 11월에 씨를 뿌린 후 차년도 부터 가을까지 성장하며 온도가 낮은 겨울 기간에는 성장이 멈추는 휴면 기간을 가지는 특성이 있다. 따라서 성장이 멈추는 여름을 배제하고 가을까지 3개월 기간만 성장하는 기간을 식물공장에서 양액과 일정량의 광량을 제공하여 성장하도록 진행한다. 이에 식물공장에서는 1년생 묘삼이 90일 내외면 2년생 수경인삼으로 성장할 수 있게 된다. 식물공장에서 재배하는 수경인삼은 적절한 온도 내 에서 양액과 광량만으로 성장하기 때문에 성장을 위한 환경 제어가 가능하며, 수집된 데이터를 바탕으로 최적의 성장을 위한 환경조건을 분석할 수 있다는 게 강점이다.

가장 중요한 건 실시간 정보 수집과 통합 관리 시스템의 유무다. 스마트 팜 팩토리는 환경정보, 생육정보, 시설정보 운영 정보의 자동 수집이 가능해야 한다는 점이다. 완전 제어형 식물공장인 스마트 팜 팩토리를 운영하기 해서는 USN 기술의 개선 및 적용이 필요하다는 의미다. 이를 위해 무선 통신보다는 유선통신 방식이 유리하며, 장비의 방수 등급이 높아야하는 등 요구사항을 처리할 수 있어야 한다.

표준절차에 의한 자동화 공정으로 운영되야한다는 점도 중요하다. 앞선 수경인삼 재배와 같이 800여개의 재배 베드에서 연간 400,000주의 수경인삼을 연중 생산하고 있기 때문에 모든 작업공정과 관리 및 운영 시스템은 자동화로 이뤄져야한다. 일례로 식물의 영양분과 수분을 공급하는 양액 시스템과 관수 시스템의 경우 오류발생시 식물의 성장에 치명적인 위협이다. 24시간 항시 자동적으로 가동돼야하며 오류 통보나 자동조치를 위한 경보 시스템이 완비돼야한다.

제조업이 원재료를 투입하고, 가공하여 완제품을 출고하는 과정을 거치듯이 스마트 팜 팩토리 시스템에서 식물은 심고, 키우고, 수확하는 과정으로 순환돼야한다. 그렇기 때문에 스마트 팜 팩토리의 모든 공정은 자동화를 통한 통합적으로 운영돼야한다.

마지막으로 수집된 데이터 분석을 통한 지능적 운영이 가능해야한다. 대량으로 재배되는 식물의 경실율을 낮추고 생산량을 최대화하기 위해서는 축적된 데이터를 분석하여 최적의 양육환경 패턴을 추출하기 위한 분석 시스템을 가져야한다. 특히 최적의 식물 재배를 위한 시뮬레이션 및 표준 생육 환경 추출 패턴 분석 기술은 다양한 식물 생산을 위한 가치정보를 제공할 수 있을 것이다.

황성일 애그로닉스 연구 기획 팀장은 "식물공장을 이용한 식물의 대량재배를 한 기술 장벽이 존재한다. 식물공장 산업은 아직까지 제조업 이라기 보다는 농업에 가깝다는 인식이 있어 일부 관심이 있는 기업 이외에는 대부분 농민들이 참여를 하고 있고, 대형 식물공장 보다는 일반 온실산업의 발전된 형태인 농업의 한 분야로만 인식하고 있다"고 설명했다.

그러면서 황성일 팀장은 "대형 식물공장을 운영하기 해서는 시설물 관리, 재배 관리, 운영관리 등의 통합관리 시스템이 필요하다. 기본적으로 식물공장은 모든 정보와 시설을 손쉽게 제어 및 관리 할 수 있어야 하며, 축적된 정보를 바탕으로 보다 효과적인 운영과 관리를 하여 적용 할 수 있어야 한다."고 전했다.



조영미 기자 news@smartfn.co.kr