초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 인간 생명유지를 위한 가장 기초에너지원인 농업을 무인화하는데 목표를 두고 연구하였음. 이를 위해서 Semantic Graphics라는 labelling 기술을 창안하여, 인간의 의도를 Graphics 방법에 의한 스캐치된 그림에 의해 인공지능에게 전달하는 기초 원천 기술을 개발하였고, 이 기술을 활용하여 딸기 열매의 성숙도를 판별하는 인공지능과 파프리카 병해충 위치 및 범위 식별 기술과 병해충 종류 식별까지 가능하게 하였음. 그뿐만 아니라 농업용 로봇이 농장의 골을 따라 자율 이동하게 하기 위해서 얕은

□ 연구개요
본 연구는 인간 생명유지를 위한 가장 기초에너지원인 농업을 무인화하는데 목표를 두고 연구하였음. 이를 위해서 Semantic Graphics라는 labelling 기술을 창안하여, 인간의 의도를 Graphics 방법에 의한 스캐치된 그림에 의해 인공지능에게 전달하는 기초 원천 기술을 개발하였고, 이 기술을 활용하여 딸기 열매의 성숙도를 판별하는 인공지능과 파프리카 병해충 위치 및 범위 식별 기술과 병해충 종류 식별까지 가능하게 하였음. 그뿐만 아니라 농업용 로봇이 농장의 골을 따라 자율 이동하게 하기 위해서 얕은 골, 깊은 골, 곡선 골, 잡초로 높인 골, 물에 젖어있는 골 등 다양한 골에 대해서도 골의 중앙선을 정확하게 인식하여 로봇을 운전할 수 있게 하였음.

또, 로봇전용의 초속 초정밀 친환경 제초액 분사시스템 등 하드웨어도 개발하여, 개발한 인공지능들을 장착하여 그 효용성을 검토하였음.

이상 본 연구팀이 개발한 기술은 인공지능의 소프트웨어에서부터 로봇하드웨어 시스템까지, 또 semantic graphics의 인공지능 기초기술에서부터 과일성숙도 인식, 식물의 병해충 인식, 고랑의 중앙선 인식등의 로봇에 의한 자율작업용 중요한 응용 기술들을 다양하게 개발하였음. 본 연구결과로 미래농업을 위한 무인화의 토대가 잘 구축된 것으로 평가함.

□ 연구 목표대비 연구결과
목표 1) Semantic Graphic 명령 표현방법 및 학습 network의 고도화 개발
● Semantic Graphics 기술을 사용하여 벼의 열을 인식 하는 기술과 벼와 피를 인식하는 기술을 개발함. 결과는 특허를 등록했으며, SCI급 논문으로 발표

목표 2) 작물-잡초 식별고도화 및 열매 숙성도 인식용 핵심지능 개발
● Semantic Graphics 기술을 사용하여 콩과 잡초의 영역을 화소단위의 정밀도로 Segmentation 할 수 있는 인공지능기술을 개발
● 다양한 환경에서도 작물-잡초 식별을 가능하게 하는 Domain Adaptation 기술을 개발
● 농작물-잡초 식별에 필수적인 레이블링 작업을 반 자동화할 수 있는 기술을 개발
● Semantic Graphics 기술에 의해 딸기를 숙성도에 따라 4등급으로 구별할 수 있는 인공지능을 개발

목표 3) 작물 병해충 인식 및 논밭 경계 인식용 핵심 지능 개발
● 파프리카에 대한 병해충 인식 지능 개발하였으며, 6 종의 병/충들에 대해서 중증도까지 구별할 수 있는 인공지능기술을 개발
● 다수의 호스 어레이들을 사용하여 약액을 지표면까지 유도함으로써, 제초액이 바람에 날리는 문제를 해결하는 제초액 분사기를 고안
● 논 밭 경계를 인식할 수 있는 인공지능을 개발했으며, RTK-GPS에 의한 고정밀 위치 측정기술과 결합하여, 농업용로봇시스템의 논.밭 자율주행에 활용

목표 4) 작물 열 인식 고도화 및 밭이랑/고랑 인식용 핵심 지능 개발
● 농업용 로봇 자율주행을 위해서 골 상태에 무관하게 다양한 골을 따라 자율주행하며 농작업할 수 있는 인공지능 기술을 개발
● 인공지능에 의해 화소단위로 고정밀 식별한 잡초영역에 대해 고정밀 선택적으로고 제초기의 고도화 개발
● 산업용 PC에, 휠 속도 및 방향 제어, 통신제어 와 골 (furrow) 인식 AI를 개발 및 장착하여 필드 컴퓨팅 시스템 구성

목표 5 ) 자율 농 작업 로봇 시스템 개발
● 다양하게 농장을 관리할 수 있는 로봇의 플랫폼을 설계 및 그 시제품을 제작
● 농업용 로봇이 농작물 비접촉식 방법에 의해 작물 생장상태를 자동 측정할 수 있는 기술을 개발
● 개발한 자율 농작업 로봇 시스템을 농지 상에서 시험

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 본 연구는 5년의 연구기간동안 농업의 무인화를 목표로하여, 다양한 주요 핵심 기술들을 집중 연구하여, 많은 귀중한 성과들을 얻었음. 그러나, 이 기술들이 아직 상용에 이른 상태는 아니므로, 개발된 기술들에 대해 연구를 지속하여, 이 분야 기술에 대한 세계 선두의 위치를 유지할 것임.

● 개발한 다양한 인공지능 응용기술들과 로봇시스템, 제초액 분사시스템 기술들은 완성도가 매우 높으므로, 향후 농촌진흥청의 신기술 시범보급 사업 과제를 수주하여, 상품화할 계획임.

● 개발한 로봇플랫폼은 제초 뿐아니라 범용 활용을 염두에 두고 개발할 것이므로, 제초 뿐아니라, 병해충 방제, 열매의 성숙도에 따른 선택적 수확, 작물의 작황에 따른 시비뿐 아니라, 필요시 급수 등 작물 재배에 필요한 많은 농작업을 위한 운반용으로 확장 활용 될 수 있을 것임.

● 현재까지의 사용되는 제초기의 노즐 대부분은 병해충방재용으로 개발된 spread 방식의 노즐들로써, 미세한 제초액이 퍼져서 분사되도록 되어 있으므로, 잡초와 인접하여 작물이 있을 경우, 작물이 제초액 피해를 입을 수 밖에 없는 구조임. 개발한 제초기는 바늘형 노즐어레이 기반 제초액 분사기로써, 제초에 적합하도록 미세 제초액 물줄기의 직사 사출방식이기 때문에 인접한 작물에 피해가 없으며, 미세 솔레노이드 열에 의해 매우 짧은 시간 (30 mSec 이하)에만 제초액이 사출되기 때문에, 분사되는 제초액의 양이 매우 적고, 잡초에만 분사되기 때문에 환경 피해를 최소화 시킬 수 있는 구조임. 또, 많은 수의 노즐들을 병렬로 사용하기 때문에 고속의 제초가 가능하여, 제초를 신속히 완료할 수 있는 등 농업용 로봇에 특화되어 개발되었으므로, 향후 개발되는 어떤 농업용 로봇에도 필수적으로 장착해야 하므로, 그 수요가 막대할 것으로 판단됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1) 연구목표 ... 5
• 2) 연구의 필요성 ... 5
• 3) 연구 범위 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) Semantic Graphic 명령 표현방법 및 학습 network의 고도화 개발 ... 6
• 2) 작물-잡초 식별고도화 및 열매 숙성도 인식용 핵심지능 개발 ... 8
• 3) 작물 병해충 인식 및 논밭 경계 인식용 핵심 지능 개발 ... 12
• 4) 작물 작물 열 인식 고도화 및 밭이랑/고랑 인식용 핵심 지능 개발 ... 14
• 5) 자율 농 작업 로봇 시스템 개발개발 ... 16
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 18
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 18
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• 3) 목표 달성 수준 ... 19
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 20
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 20
• 6. 자체점검표 ... 21
• 7. 참고문헌 ... 21
• 끝페이지 ... 40