[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. 청주서 국내 최초 고고학 대박… 운천동서 고려 ‘청석탑’ 온전하게 나왔다
  2. 중징계 의결 사안 놓고 대전교육청·노조 갈등… 16일 면담
  3. 대전·세종·충청지방공인회계사회, 제32회 정기총회 개최…'정직한 회계 실현 다짐'
  4. 김운장 제주 신신호텔 그룹 회장, 제9대 대학야구연맹 회장 당선
  5. 대전보훈병원 원내 순환도로·주차장 개통…교통소외 일부 해소
  1. 대전지검도 스마트워크 도입… 검찰 근무 유연화 기대 속 내부 우려도
  2. 교권·AI교육·학생안전 담는다…인수위 공식 출범
  3. 차용일 약학정보원 신임원장 "보건의료정보 접근성 향상"
  4. [美·이란 종전 합의] 지역경제계 호르무즈 해협 정상화 ‘기대감’
  5. 국립대병원, 지역·필수의료 주축으로 육성… 충남대병원 역할 커진다

헤드라인 뉴스


전쟁 끝났는데 홀짝제 풀리나…차량 2부제 완화 여부 관심

전쟁 끝났는데 홀짝제 풀리나…차량 2부제 완화 여부 관심

미국과 이란이 종전 합의 양해각서(MOU)에 공식 서명하면서 공공기관 차량 2부제 완화 여부에 관심이 쏠리고 있다. 정부도 내부 검토에 착수한 가운데 대전 등 각 지역 공무원들 사이에서는 "전쟁은 끝났는데 홀짝제는 언제 끝나느냐"는 목소리가 나오고 있다. 16일 관계 부처에 따르면 기후에너지환경부는 공공기관 차량 운행 제한 조치 완화 여부를 검토하고 있다. 미국과 이란이 지난 15일(현지시간) 종전 합의 문안에 공식 서명하면서 호르무즈 해협에 발이 묶였던 원유선 운항 재개 가능성이 커졌기 때문이다. 지난 2월 28일 시작된 미·이란..

與 충청 시도지사 당선인 8월 全大 앞 친명 친청 윤곽
與 충청 시도지사 당선인 8월 全大 앞 친명 친청 윤곽

김민석 총리와 6·3 지방선거 광역단체장 당선인과의 회동 이후 충청 정치권의 설왕설래가 뜨겁다. 이재명 대통령 최측근으로 8월 전당대회 당권 도전이 유력한 김 총리가 주재한 자리에 참석 여부를 두고 정치적 해석이 달리는 것이다. 16일 정치권에 따르면 김 총리는 전날 서울 삼청동 총리공관에서 시도지사 당선인들을 만났다. 이 자리엔 더불어민주당 9명의 예비 광역단체장들이 참석했다. 충청권에선 허태정 대전시장 당선인, 조상호 세종시장 당선인, 신용한 충북지사 당선인 등 3명이 함께 했다. 하지만, 박수현 충남지사 당선인은 참석하지 않았..

종전 소식에 나프타 수급 원활해지나... 소상공인, 관련 제품 안정화 기대
종전 소식에 나프타 수급 원활해지나... 소상공인, 관련 제품 안정화 기대

미국과 이란 간 종전 합의로 호르무즈 해협 봉쇄 우려가 완화되면서 플라스틱과 비닐, 포장 용기 등을 만들 때 쓰이는 나프타가 안정적인 공급으로 이어질 전망이다. 그간 실생활과 밀접한 관련 제품 수급 불안과 가격 폭등으로 일선 자영업자들의 비명이 계속됐는데, 가격 안정화로 한시름 덜지 관심이 모아진다. 미국과 이란이 19일 종전 양해각서를 체결할 것이란 소식에 대전 소상공인들은 그간 급등한 나프타 관련 포장재 가격 인하에 기대를 걸고 있다. 업계에 따르면 나프타 공급량은 6월 들어 공급량이 확대되고 있다. 중동 전쟁 직후인 3~4월..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 여름철 풍수해 대비 장비 점검 여름철 풍수해 대비 장비 점검

  • 수족구 예방…‘꼼꼼하게 손 씻어요’ 수족구 예방…‘꼼꼼하게 손 씻어요’

  • 접시꽃에 담긴 여름 접시꽃에 담긴 여름

  • 임직원들이 함께 즐기는 월드컵 임직원들이 함께 즐기는 월드컵