111년 만의 기록적인 폭염으로 농업 현장에도 비상이 걸렸다. 포도, 사과, 복숭아 등 나무에 달린 과일의 상당수가 뜨거운 햇볕에 껍질 부분이 짓무르는 일소(日燒) 피해를 당하고, 고추처럼 시들어 말라가는 농작물도 많다. 피해를 최소화하기 위해서는 수시로 물을 뿌려 주변 온도를 낮춰야 하는데, 농가를 지키는 이들이 대부분 온열질환에 취약한 고령자들이라 이마저도 쉽지 않은 상황이다.
이런 가운데 현장에 가지 않고도 스마트폰으로 물을 주거나 온실 창문을 개폐할 수 있는 화성시의 포도 농가들이 8월 말 첫 수확을 앞두고 있어 주목을 끈다. 한국생산기술연구원의 양승환 수석연구원팀이 개발한 스마트폰 기반의 스마트팜 기술 덕분이다.
이 기술을 적용한 포도 농가들은 농장에 설치된 환경계측장비의 사물인터넷(IoT) 센서를 통해 주변의 온도 및 습도, 광량, 이산화탄소 농도 등 8가지 생육정보를 실시간으로 파악할 수 있다. 작업자는 이 정보를 스마트폰으로 보면서 현장에 가지 않고도 물을 주거나 온실 창문을 개폐하는 등 날씨 변화에 맞춰 원격 제어할 수 있다.
또한 이렇게 수집된 정보는 빅데이터로 저장‧관리돼 품질 좋은 포도를 생산할 수 있는 최적의 생육조건을 제공하게 된다. 이 기술은 인터넷망 없이도 스마트폰 사용이 가능한 곳이면 어디든 활용할 수 있고, 구축 비용도 기존 스마트팜보다 20~30% 정도 저렴한 것이 특징이다.
양승환 수석연구원팀은 국가과학기술연구회가 2015년에 발족한 SFS(Smart Farm Solution) 융합연구단에 참여한 지 2년 만에 이 같은 성과를 냈다. 스마트팜 상용화를 위한 통합 솔루션을 개발하기 위해 결성된 SFS 융합연구단에는 한국과학기술연구원(KIST)를 비롯해 한국전자통신연구원, 한국생산기술연구원, 한국에너지연구원, 한국식품연구원 등 5개 기관이 참여하고 있다.

미래 식량 문제의 해결책으로 부상

스마트팜이란 말 그대로 첨단기술을 적용해 농업 생산성을 높일 수 있는 똑똑한 농장을 의미한다. 여기에는 4차 산업혁명의 대표적 기술인 IoT, 드론, 빅데이터, 로봇, 인공지능, 나노기술, 3D 프린팅 등이 총망라된다. 스마트팜의 가장 큰 장점은 일반 농장에 비해 수확량은 많고 노동력 및 운영비는 적게 든다는 점이다.
현재 72억 명 정도인 세계 인구는 꾸준히 증가해 2050년에 약 100억 명에 이를 것으로 전망된다. 유엔식량농업기구에 따르면 이로 인해 2050년에는 현재보다 70% 이상의 식량을 더 생산해야 한다.
하지만 기후변화, 물 부족, 한정된 경작지, 해충과 질병 발생에 따른 농작물 피해, 인구 고령화 등 세계 식량 생산을 악화시킬 요인만 가득하다. 이 같은 미래 식량문제의 해결책으로 스마트팜이 부상하고 있다. 식량 수요는 증가하지만 농업 노동자 비율이 감소하는 추세에서 스마트팜은 가장 효율적인 방법이기 때문이다.
대표적인 스마트팜 선진국으로는 네덜란드가 꼽힌다. 특히 농업 환경제어 솔루션으로 널리 알려진 네덜란드의 프리바(Priva) 사는 오랫동안 축적된 다양한 제품 개발로 유명하다. 바람 등에 의해 쉽게 부러지지 않는 온실 구조물을 비롯해 보일러에서 나오는 이산화탄소의 온실 공급 장치, 수질 관리를 위한 양액 재활용 UV 처리 시스템 등이 바로 그것이다.
최근에는 에너지를 절약할 수 있는 도심 농장 시스템을 개발해 화제가 되고 있다. 건물 옥상에 온실을 설치해 물고기를 양식하는 이 시스템은 물고기가 배출한 질소 노폐물을 식물 재배에 이용하고, 식물이 뿜어내는 산소를 물고기 수조에 공급하는 것이 특징이다.

미국에서는 농업용 드론으로 혁신 꾀해

세계 최대 식량 수출국인 미국은 스마트팜의 기술 수준에서도 단연 1위다. 넓은 토지와 기술력을 바탕으로 하는 미국 스마트팜 시장에서는 최근 들어 농업용 드론으로 일대 혁신을 꾀하고 있어 주목을 끈다. 스마트 농업용 드론을 이용하면 농작물의 효과적인 생산 및 유통 전략 수립이 가능하기 때문이다.
우선 드론은 토양 상태를 측정해 파종에 적합한 토양을 3D 지도로 제작할 수 있다는 장점을 지닌다. 또한 드론은 사용 종자와 양분을 동시에 뿌릴 수 있어 노동 인력 및 파종 비용의 절감에도 효과적이다.
드론을 사용하면 농약을 살포할 때도 유리하다. 지형 및 식물의 높이를 분석해 최적 고도에서 정확한 양을 뿌릴 수 있기 때문이다. 매사추세츠공과대학(MIT)에 의하면 드론으로 농약이나 비료를 살포할 경우 트랙터를 이용할 때보다 최대 5배 빠르며, 약품 비용 절감 및 수질 오염 저하 효과가 있다고 한다.
드론은 작물의 감염 부위, 수분 부족 부위, 성장 속도 등 생육 상태를 빠르게 확인하는 데도 도움이 된다. 또한 컬러 코딩을 이용할 경우 작업자가 농장의 병충해를 쉽고 빠르게 확인해 피해 확산을 방지할 수 있다.
지난해 미국의 농업 전문지 ‘팜저널’이 미국 농업 인구를 대상으로 실시한 조사에 의하면, 올해 안으로 드론을 도입할 예정이라고 응답한 이가 31%에 달하는 것으로 나타났다. 세계적인 회계법인 프라이스워터하우스쿠퍼스는 2020년 세계 드론 시장규모가 약 1270억 달러에 달하며, 그 중 농업용 드론 시장규모는 25%인 324억 달러로 전망된다고 발표했다. 농업용 드론이 미래 드론 시장의 80%를 차지할 것이라는 전망도 나오고 있다.
이에 따라 미국에서는 스타트업 업체를 중심으로 농업용 드론 기술 개발이 줄을 잇고 있으며, 특히 신기술 기반의 벤처기업 참가 비중이 80%일 만큼 압도적인 것으로 알려졌다.