[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. 오월드 늑대 '늑구 탈출' 대전시장·도시공사 사장 사과…"재발방지 대책 수립"
  2. [인터뷰]노금선 실버랜드 원장(선아복지재단 이사장)
  3. [현장취재]대전크리스찬리더스클럽 4월 정기예배
  4. "노인을 대변하는 기자 되길"… 2026년 노인신문 명예기자 위촉
  5. [썰] 김제선, 민주·진보 교육감 단일화 설득?
  1. 대전·세종·천안·홍성·청주지역공인회계사회, 17일 본격 출범
  2. 열흘 만에 돌아온 ‘늑구’ 브리핑
  3. 사단법인 목요언론인클럽 창립 45주년 기념식 및 후원의 밤
  4. "참가 무료, 경품 쏟아진다"…세종서 자전거 타고 '행정수도 퍼즐' 완성 투어
  5. 김제선, 민주당 대전 중구청장 후보 확정… "중구다운 새로운 발전의 길"

헤드라인 뉴스


늑구, 물고기 먹으며 버텼나… 뱃속에 낚시바늘과 생선가시

늑구, 물고기 먹으며 버텼나… 뱃속에 낚시바늘과 생선가시

대전 오월드에서 탈출해 9일 만에 포획된 늑대 '늑구'가 몸 안에서 낚시바늘이 발견돼 이를 제거하는 수술까지 마치고 격리되어 건강을 회복 중이다. 대전시와 오월드는 17일 언론 브리핑에서 간밤에 포획한 늑구의 몸 엑스레이 촬영에서 길이 2.6㎝의 낚시바늘이 발견돼 이를 내시경 시술을 통해 몸 밖으로 제거했다고 밝혔다. 늑구 위 안에서는 생선가시와 낚시바늘, 나뭇잎이 있는 것으로 검진됐고, 낚시바늘은 위 안쪽으로 깊게 들어가 있어 자칫 위 천공 위험까지 있었다. 늑구는 오월드 사육공간을 벗어나 보문산 일원에서 지내는 동안 먹이활동을..

`아산 성웅 이순신 축제`, `보는 축제` 에서 `머무는 축제`로
'아산 성웅 이순신 축제', '보는 축제' 에서 '머무는 축제'로

올해로 65회를 맞는 '성웅 이순신 축제'가 단순 관람형 행사에서 벗어나 관람객이 지역에 머물며 즐기는 '체류형 관광 축제'로 전면 개편된다. 아산시는 '다시 이순신, 깨어나는 아산, 충효의 혼을 열다'를 주제로 28일부터 5월 3일까지 개최하는 이번 축제의 지향점을 '방문 중심'에서 '체류와 소비의 선순환'으로 설정했다. 이를 위해 축제 무대를 도시 전역으로 넓혀 낮과 밤이 끊기지 않는 콘텐츠를 배치, 방문객의 발걸음이 자연스럽게 지역 상권으로 이어지도록 설계했다. 특히 과거 축제의 상징이었던 '야시장 감성'을 도심 속으로 끌어들..

천안법원, 수백억원 가로챈 아쉬세븐 아산지사장 등 일당 징역형
천안법원, 수백억원 가로챈 아쉬세븐 아산지사장 등 일당 징역형

대전지법 천안지원 제1형사부는 화장품 다단계 방문판매 회사 투자금을 모집해 사기 등 혐의로 기소된 A(46)씨에게 징역 3년, B(41)·C(50)·D(51)·E(55)씨에게 각 징역 1년에 집행유예 2년을 선고했다. 18일 법조계에 따르면 2017년부터 '아쉬세븐'의 아산지사장인 A씨는 공범들과 함께 피해자에게 '5개월 마케팅 공동구매 사업에 투자를 해라. 4개월 투자하면 매월 수익금 4.85%가 나오고 5개월 뒤에는 원금을 그대로 반환해 주는데 이때 세금 3%만 떼고 돌려준다'는 취지로 투자를 권유해온 것으로 드러났다. 하지만..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 늑구 탈출 관련해 사과하는 정국영 대전도시공사 사장 늑구 탈출 관련해 사과하는 정국영 대전도시공사 사장

  • 열흘 만에 돌아온 ‘늑구’ 브리핑 열흘 만에 돌아온 ‘늑구’ 브리핑

  • 세월호 순직교사 故 김초원 씨의 부모가 전하는 생일 축하인사 세월호 순직교사 故 김초원 씨의 부모가 전하는 생일 축하인사

  • 씨 없는 포도 ‘델라웨어’…전국 첫 출하 씨 없는 포도 ‘델라웨어’…전국 첫 출하