[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. 유성구장애인종합복지관, 장애인 웹툰 아카데미
  2. [인터뷰]서영식 충남대 지식융합학부 교수
  3. 대덕구노인종합복지관 제2분관 북부노인복지관 '우리동네 환경지킴이' 캠페인
  4. 대전 국악 진흥 방안 모색 정책토론회
  5. [날씨] 충청권 낮 최고 27도… 주말에도 큰 일교차
  1. 여성기업인들의 마음 나눔으로 이어지다
  2. 한화, NC에 7-9 역전패…끝내 지키지 못한 리드
  3. 대덕구 당정, 지역현안 해결 '한뜻'…국·시비 확보 총력
  4. [독자칼럼]계획대로 되지 않아 더 행복했던 육아
  5. 조합원에 금품 제공 회덕농협 조합장, 항소심도 '당선무효형'

헤드라인 뉴스


세종시 펜싱팀, 전국장애인체전 사브르 단체서 동메달

세종시 펜싱팀, 전국장애인체전 사브르 단체서 동메달

세종시 펜싱 간판 심재훈과 박천희, 유승재가 제46회 전국장애인체전의 남자 사브르 단체전 2~4등급(A, B Category)에서 동메달을 획득했다. 펜싱 대표팀은 전날 심재훈이 사브르 3~4등급에서 금메달, 박천희가 사브르 2등급(B Category)에서 동메달을 목에 걸며 이날 단체전 우승의 기대감을 갖게 했다. 8강에서 대전을 30대 25로 꺾었으나 4강 문턱에서 만난 전북의 벽을 넘지 못했다. 마지막 선수로 출전한 심재훈이 8점 차로 뒤진 승부의 뒤집기에 나섰으나 27대 30으로 무릎을 꿇었다. 전북은 결승에서 충남을 꺾고..

3군 본부 둥지 튼 계룡시, ‘국방 공공기관 2차 이전’ 사수 총력전
3군 본부 둥지 튼 계룡시, ‘국방 공공기관 2차 이전’ 사수 총력전

대한민국 안보의 핵심축인 계룡시가 정부의 제2차 공공기관 지방이전 추진에 발맞춰 국방 특화 기관 유치를 위한 본격적인 행보에 나섰다. 3군 본부 입지라는 명확한 당위성에 더해 즉시 착공이 가능한 부지 확보까지 마치며 유치전에 사활을 걸었다. 계룡시는 지난 10일 국회의원회관 제2소회의실에서 ‘국방 관련 공공기관 유치 전략포럼’을 성공적으로 개최했다고 밝혔다. 충남도·계룡시·논산시·황명선 의원실과 공동 주최한 이번 행사에는 국방 분야 전문가와 지자체 관계자, 지역 주민 등 120여 명이 결집해 기관 유치에 대한 열망을 확인했다. 이번..

청양고추구기자축제 건고추 `품질 논란`···비세척·미건조 상품 판매
청양고추구기자축제 건고추 '품질 논란'···비세척·미건조 상품 판매

청양고추구기자축제의 핵심 상품인 건고추 일부가 별도의 세척 없이 판매되고 건조 상태마저 고르지 않아 품질·안전성 관리가 도마에 올랐다. 청양고추의 우수성을 내세운 대표 축제에서 판매 농산물의 수매와 선별, 안전성 확인이 어떤 기준으로 이뤄졌는지 점검이 필요하다는 지적이다. 12일 본지 취재 결과 축제장 건고추 공동판매장은 지역 3개 농협(청양·화성·정산)이 공동 운영하고 있다. 이들 농협은 청양지역 농가에서 건고추를 수매해 10근당 꼭지를 안딴 상품은 15만 원, 딴 상품은 17만 원에 각각 판매하고 있다. 현장에서는 세척하지 않은..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 추석맞이 대청소…‘거리를 깨끗하게’ 추석맞이 대청소…‘거리를 깨끗하게’

  • 쌀쌀해진 날씨에 긴팔 등장 쌀쌀해진 날씨에 긴팔 등장

  • 인플루엔자 국가예방접종 안내문 부착 인플루엔자 국가예방접종 안내문 부착

  • 코레일, 철도 중심 지역관광 활성화 워크숍 개최 코레일, 철도 중심 지역관광 활성화 워크숍 개최