[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. 천안법원, 고의로 법인 업무 방해한 부녀 벌금형
  2. 천안시, 장애인 동·하계 레포츠캠프공모 선정…국비 확보
  3. 천안시, 업무대행의사 6명 확충…의료공백 선제적 대응
  4. 천안시, '대한민국 임시정부 큰 어른' 이동녕 선생 서거 제86주기 추모제 거행
  5. 천안시, 신규농업인 기초영농기술교육 참여자 모집
  1. 천안법원, 무단횡단 행인 들이받아 사망케 한 50대 남성 금고형
  2. 천안시, 찾아가는 정비사업 설명회 성료
  3. 천안시, '찾아가는 안전취약계층 안전교육' 실시… 맞춤형 안전망 강화
  4. 아산시, 초등 돌봄교실서 아동 비만 예방 나선다
  5. 아산시, 중동지역 위기 대응, 비상경제대응 TF팀 구성

헤드라인 뉴스


李대통령 충청 메가통합론 지방선거 금강벨트 달구나

李대통령 충청 메가통합론 지방선거 금강벨트 달구나

대전 충남 행정통합이 사실상 무산된 가운데 여권에서 이를 넘어선 충청권 메가 통합론을 들고 나와 주목된다. 이재명 대통령이 앞장서 이슈를 선점하고 여당 의원들이 이에 가세하면서 지역 내에 꺼져가는 행정통합 동력을 재공급하고 나선 것이다. 여권발 충청 메가 통합론이 6·3 지방선거 앞 대전 충남 통합 불발로 시계제로에 빠진 금강벨트 민심에 어떤 영향을 끼칠지 촉각이다. 이 대통령은 지난 13일 충북 청주오스코에서 열린 충북 타운홀미팅에서 "충청남북(도)과 대전까지 통합해 하나의 거대한 정주 여건·행정체계를 만들 것인지를 (충북도민들도..

중동 불안에 대출금리 `들썩`…영끌·빚투족 시름 깊어진다
중동 불안에 대출금리 '들썩'…영끌·빚투족 시름 깊어진다

중동 정세 불안으로 주택담보대출을 비롯한 가계대출 금리가 들썩이면서 '영끌(영혼까지 끌어모아 대출)족'과 '빚투(빚내서 투자)족'들의 부담이 커지고 있다. 특히 이들이 투자한 주택과 주식 등 자산시장 흐름마저 불확실해지면서 시름은 더욱 깊어지고 있다. 15일 금융권에 따르면 KB국민·신한·하나·우리은행의 13일 기준 주택담보대출 혼합형(고정) 금리(은행채 5년물 기준)는 연 4.250∼6.504% 수준으로 조사됐다. 올해 1월 16일(연 4.130∼6.297%)과 비교하면 두 달 만에 상단은 0.207%포인트, 하단은 0.120%포..

기름값 진정세 속 ‘저가 주유소 행렬’… 불법 유통 가능성
기름값 진정세 속 ‘저가 주유소 행렬’… 불법 유통 가능성

석유 최고가제가 시행되며 급등세를 보이던 기름값이 다소 진정됐지만 사재기나 가짜 석유 판매 등 불법행위 우려가 나오고 있다. 유가 변동성이 이어지면서 더 저렴한 주유소를 찾아 나서는 모습 등이 나타나고 있기 때문이다. 실제 14일 오전 10시께 대전 중구 안영동의 한 주유소. 대전 주유소 평균 가격인 1812원보다 리터당 33원 저렴한 1779원으로 주말 아침부터 주유를 하려는 차량이 줄을 서는 모습이 이어졌다. 마트 주차장에서부터 이어지는 주유 줄서기가 오전 내내 계속됐다. 이처럼 운전자들 사이에서는 석유 최고가제 시행에도 가격이..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘봄이 왔어요’ ‘봄이 왔어요’

  • 사라져 버린 구리로 만든 교량 이름판 사라져 버린 구리로 만든 교량 이름판

  • 석유 최고가격제 시행에 떨어진 기름값 석유 최고가격제 시행에 떨어진 기름값

  • 반갑다 야구야! 반갑다 야구야!