[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. NASA 아르테미스 2호 발사, 한국 큐브위성 'K-라드큐브' 사출 성공… 교신 시도 중
  2. 영재고·과학고 의·치대 진학 감소세 "이공계 중시 정책 효과"
  3. [교단만필] 과학의 도시 대전에서, 과학교사로 함께 한다는 것
  4. 대전을지대병원, 환자와 보호자 위로하는 음악회 개최
  5. 교육부 라이즈 재구조화…"시도별 성과 미흡 과제도 폐지"
  1. 충남도, 중소기업·소상공인 지원 추진
  2. 민주진보 세종교육감 '임전수 후보' 선출… 6자 구도 새판
  3. "직업환경 보건 지켜질 때 사고와 참사도 예방할 수 있어"
  4. [사이언스칼럼] 문제해결형 탄소 활용 기술
  5. 대전충남민주언론시민연합·충남대 언론정보학과 저널리스트 아카데미 운영

헤드라인 뉴스


또다시 단전위기 둔산전자타운…관리비 납부 갈등 봉합 `난항`

또다시 단전위기 둔산전자타운…관리비 납부 갈등 봉합 '난항'

전제자품 전문상가인 대전 둔산전자타운이 점포 입점상인 간의 관리비 징수와 집행 주체에 대한 갈등으로 쇠락을 거듭하고 있다. 전기요금조차 납부하기 어려워 또다시 단전 경고장이 게시됐고, 주변 상권 역시 침체를 벗어나지 못하고 있다. 2일 찾은 대전 서구 탄방동의 둔산전자타운은 입구부터 단전을 예고하는 안내문이 붙은 채 손님을 맞이하고 있었다. 전기요금을 오랫동안 연체한 탓에 1차 복도와 편의시설부터 단전을 시작해 2차 엘리베이터와 급수용 그리고 상가점포와 사무실까지 단전에도 납부가 이뤄지지 않을 경우 건물 전체에 단전이 이뤄질 수 있..

영재고·과학고 의·치대 진학 감소세 "이공계 중시 정책 효과"
영재고·과학고 의·치대 진학 감소세 "이공계 중시 정책 효과"

영재고·과학고 학생들의 의·치대 진학률이 감소하고 있다. 이공계 인재 육성을 위한 제도적 장치와 함께 이재명 정부의 과학기술 중시 정책 기조 등이 영향을 끼쳤다는 분석이다. 2일 국회 과학기술정보방송통신위원회(과방위) 소속 더불어민주당 황정아 의원이 교육부로부터 받아 공개한 자료에 따르면 영재학교와 과학고를 졸업한 학생들의 의대 진학이 2024학년도 대비 2026학년도 42% 감소했다. N수생을 포함한 수치로, 2024학년도 167명에서 2026년 97명으로 줄었다. 의대 정원이 대폭 늘어난 2025학년도엔 157명이 의대에 진학했..

대전 원도심, 문화로 다시 숨 쉬다…도시재생과 예술의 결합
대전 원도심, 문화로 다시 숨 쉬다…도시재생과 예술의 결합

대전 원도심은 오랜 시간 지역 문화예술의 뿌리 역할을 해왔지만, 도시 확장과 함께 문화 인프라가 신도심으로 이동하며 점차 활력을 잃어왔다. 공연장과 전시시설, 문화공간이 특정 지역에 집중되면서 시민들의 문화 향유 기회 역시 불균형이 심화됐다는 지적이 이어져 왔다. 이에 대전시가 원도심의 역사성과 문화 자산을 바탕으로 새로운 문화 생태계 구축에 나섰다. 도시재생과 예술을 결합한 '3대 특화 문화시설' 조성을 통해 원도심을 다시 문화 중심지로 복원하고, 일상 속 문화 접근성을 높이겠다는 전략이다. 이번 사업이 지역 간 문화 격차 해소와..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 벚꽃 활짝…대전에 봄 왔네 벚꽃 활짝…대전에 봄 왔네

  • 고유가에 운행 포기 속출 고유가에 운행 포기 속출

  • 대전 도심을 푸르게 대전 도심을 푸르게

  • 버스와 트램의 장점 살린 3칸 굴절차량 도심 주행 버스와 트램의 장점 살린 3칸 굴절차량 도심 주행