[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. 장성군, 힐링 맞춤형 여행 명소 '각광'
  2. 홈플 세종점, 정상화 수순 밟나… 운영 재개 '숨고르기'
  3. [박현경골프아카데미]골프와 술, 과연 득일까? 실일까?
  4. 민주당 세종시 '총선 후보' 경쟁… 새로운 막 올린다
  5. 김종민, 민주 복당 임박? "전대 이후 지도부·당원과 논의"
  1. 대전·충북 아파트 매매가 상승세 유지, 세종·충남은 하락
  2. 노사발전재단 충청중장년내일센터 대전보건대서 '전직스쿨' 운영
  3. 국제유가 등급에 7000선 아래로 밀린 코스피
  4. [인사]대전MBC
  5. 생명종합사회복지관, 우리동네축제, ‘함께 떠나는 우리의 여름’

헤드라인 뉴스


체납자 은닉재산 끝까지 추적… 국세·관세청 첫 합동 수색

체납자 은닉재산 끝까지 추적… 국세·관세청 첫 합동 수색

국세청(청장 임광현)과 관세청(청장 이종욱)이 고액·악성 체납자를 대상으로 사상 첫 합동 수색을 단행했다. 양 기관은 체납자의 재산 은닉 혐의를 포착해 현장 수색을 실시하고 총 13억 원 상당의 은닉재산을 압류했다. 이번 수색은 정부의 범정부 협업 기조에 맞춰 양 기관의 추적 역량과 정보를 연계하고자 추진됐다. 수색 대상은 국세와 관세를 동시에 체납하고도 호화생활을 누린 고액 체납자 16명이다. 이와 관련, 강종훈 징세법무국장은 지난 23일 오전 나성동 국세청 기자실에서 상세한 내용을 설명했다. 양 기관은 국세청의 실거주지 분석 자..

[제2회 대한민국 중소기업박람회] 전국 우수 중소기업 한자리에
[제2회 대한민국 중소기업박람회] 전국 우수 중소기업 한자리에

전국 우수한 중소기업들의 제품을 알리고 판로를 개척하기 위한 '제2회 대한민국 중소기업 박람회'가 성황리에 마쳤다. 중도일보와 매일경제, 대한민국지방신문협의회가 공동 주최한 이번 박람회는 지난 22~24일 서울 강남구 세텍(SETEC) 전시관에서 '힘내라! 대한민국 중소기업!'을 슬로건으로 열렸다. 지역 중소기업의 제품과 기술력을 알리는 데 그치지 않고 국내외 판로 확대와 투자 유치, 기업 간 협력으로 연결되는 비즈니스 기회를 제공하는 자리였다. 박람회장은 광역·기초자치단체 중소기업 홍보관과 중소기업 B2B 비즈니스관, 중소기업 유..

"행정수도특별법 연내 제정" 동력 확보 움직임 시동
"행정수도특별법 연내 제정" 동력 확보 움직임 시동

세종시를 행정수도로 규정하는 특별법 제정을 위해 지역사회의 동력 확보 움직임이 본격화하고 있다. 지역 정치권 역시 이번 가을 국회가 '골든타임'이란 인식 하에 역량을 집중하겠다는 입장인데, 전반기 국회에서 매듭짓지 못한 특별법 제정을 완수할 수 있을지 귀추가 주목된다. 26일 국회에 따르면 세종 행정수도 완성을 골자로 발의된 특별법은 총 5건(황운하·강준현·김종민·김태년·엄태영·복기왕 등 대표 발의, 발의순)으로, 가장 처음 발의된 법안은 지난해 5월 1일 제안돼 1년 2개월 이상 계류됐다. 해당 법안들은 세종시의 법적 지위를 수도..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘머드에서 놀자’…보령머드축제 개막 ‘머드에서 놀자’…보령머드축제 개막

  • 도심 속 공원에서 즐기는 물놀이 도심 속 공원에서 즐기는 물놀이

  • 개인형 이동장치 수거차량 ‘무법 질주’ 개인형 이동장치 수거차량 ‘무법 질주’

  • 대전 동부소방서, 온열질환 예방 총력 대전 동부소방서, 온열질환 예방 총력