인공지능의 활용 - 농업에 스며든 인공지능

스마트팜에 적용된 인공지능에 대해 알아봅니다

2022. 12. 2.

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활기찬 한 주 보내고 계신가요?

며칠 전 갑작스레 영하 5~10도까지 떨어진 맹 추위를 예상하지 못하고 출근길을 호기롭게 나섰다가 문 밖에서 발길을 돌린 경험이 있습니다. 뉴스에선 '한파주의보'가 발령됐다고 했었죠. 알고 계실지 모르겠는데 '한파주의보', '한파경보'라는 것이 무조건 춥다고 발령되는 것이 아니라고 합니다. 바로 전날 대비 각각 10도, 15도 이상이 떨어지고 추가적인 몇가지 조건이 더 맞아야 한다네요. 즉, 지속적으로 추운 상태에서 발령되는 것이 아니라 갑작스런 큰 폭의 기온 변화가 있어야 한다는 얘기입니다.

이렇게 변화 무쌍한 날씨에 가장 영향을 많이 받는 산업이 있죠? 바로 농업입니다. 이번 소식에서는 그 가운데 최근 각광받고 있는 농업 쪽 스마트팜에 적용되는 인공지능에 대해 알아보겠습니다. 덧붙여 다음 주에 코엑스에서 있을 '소프트웨이브2022' 전시회 소식도 함께 알려드릴께요.

스마트팜 (Smart Farm)

스마트팜(Smart Farm)이란?
농림축산식품부 웹사이트에 올라가 있는 스마트팜에 대한 정의를 옮겨 보면 다음과 같습니다.

'비닐하우스·유리온실·축사 등에 IoT, 빅데이터·인공지능, 로봇 등 4차 산업혁명기술을 접목하여 작물과 가축의 생육환경을 원격·자동으로 적정하게 유지·관리할 수 있는 농장'

이 정의에서 '4차산업혁명기술'과 '원격,자동'이라는 부분이 눈에 띄는군요. 그렇습니다. 스마트팜은 농축산업에 IT 기술이 적용된 개념이라고 할 수 있습니다. 여기서의 IT 기술은 과거에는 사물인터넷(IoT)이 핵심이었지만 현재는 이것 외에도 인공지능과 로봇이 포함되었습니다.

참고) 오늘 글에서는 축산업을 제외한 농업과 관련된 스마트팜 부문에 대해서 얘기합니다.

IT 기반 농장관리 기술 등이 예전에도 있지 않았나요?

맞습니다. 예전에도 온도나 습도, 분광센서 등을 이용한 IoT 기반 농장 관리 솔루션들이 있었습니다. 여기에 인공지능과 로봇 기술이 접목되면서 최근에는 아래와 같은 몇 가지 변화가 생기고 있습니다.

수집하는 데이터의 범위나 수집 기법 고도화
수집된 데이터와 외부 데이터를 함께 결합 후 인공지능을 이용한 분석
분석된 결과에 따라 로봇 등을 비롯한 지능화된 자동화 설비를 이용하여 관리

스마트팜에 대한 전망은 어떻게 되나요?

국회예산정책처의 2022년 6월 발간 자료에 따르면 전세계 시장규모는 2021년 기준 148억 달러, 2025년 220억 달러, 국내 시장은 2020년 기준 5.4조원 규모로 예상하고 있습니다. 전세계적인 인구증가 (최근 90억을 넘었다고 합니다)와 기후의 급격한 변화, 경작지 감소, 물부족, 사막화, 전쟁으로 인한 정세 불안정 등으로 인해 식량 확보가 각 국가에 중요한 사항가 되었고 앞으로 그 정도가 더 심화될 것으로 예상됩니다.

스마트팜 도입으로 어떤 것을 기대할 수 있을까요?

스마트팜을 통해서 기대할 수 있는 것으로는 농업 생산성 향상과 효율화를 통한 비용 절감, 그리고 생산물의 품질 향상이 될 것 같습니다. 그 결과로 농가는 소득 증대를, 사회적으로는 새로운 산업 발굴과 일자리 창출, 그리고 소비자들의 만족도 향상 등등 다양한 잇점을 기대할 수 있겠습니다.

최근 뜨고 있는 스마트팜의 종류는 어떤 것이 있나요?

대상 품목에 따라 시설원예와 노지작물/과수로 구분됩니다. 한마디로 실내에서 키우는 녀석이냐 실외에서 키우는 녀석이냐로 구분한다고 보시면 됩니다. 아무래도 시설원예 쪽 스마트팜이 많이 발전되어 있는데 이는 시설 설치나 관리, 운용이 용이하고 제한된 환경 상에서 운영되어 외부 영향이 최소화된다는 측면에서 유리하기 때문입니다. 최근에는 인공지능 기반의 노지형 스마트팜 플랫폼이 소개되고 있고 전라도, 경상도 등에서 시범사업이 진행되고 있기도 합니다.

수직형 스마트팜이라는 것도 있던데...

2차원이라는 재배 공간의 제약을 없애고 3차원 즉 수직으로 쌓아올려 만든 것이 수직형 스마트팜입니다. 다양한 기업과 기관에서 추진하고 있죠. 기존 재래식 농법과 비교할 때 물 사용량을 대폭 절감하고 농약을 사용하지 않아도 된다는 장점이 있으며 소비를 하게 되는 도심 속 실내 공간에서도 기후, 환경에 영향을 거의 받지 않고 재배할 수 있다는 장점이 있습니다.

국내에서는 메트로팜 (레일팜이라고도 함)이라고 해서 철도나 지하철 역사의 유휴 공간을 이용한 수직농장 형태의 스마트팜으로, 수경재배, LED 인공조명, 공조시스템 등을 적용한 스마트팜이 소개되기도 했습니다. (관련기사)
해외 사례로는 JFC (Jones Food Company)가 건설 중인 수직농장이나 미국의 Plenty라는 회사의 스마트팜 등이 있습니다. Plenty의 경우는 재배 면적을 수직으로 쌓아올림으로써 재배면적을 99%를 절감하고 물 사용도 95%를 재활용할 수 있게 되었다고 합니다.

사진) Plenty의 수직형 스마트팜 (출처)

스마트팜과 관련된 문제점으로 생각되는 것은 뭔가요?

스마트팜은 초기 설비 구축을 위해 투입되는 비용이 크다보니 그만큼의 효과를 내지 못하면 지속될 수 없습니다. 그러다보니 국내에 만들어진 실내 스마트팜의 경우, 초기 구축 비용, 월 소요되는 운영 비용 등을 감안하면 저렴한 작물의 재배는 불가능하다고 알려져 있습니다. 앞서 언급한 해외업체들의 경우는 규모의 경제를 이미 이룬 상태라 우리와는 상황이 다르다고 할 수 있습니다.

현장에서의 스마트팜은 아직 도입 초기이다보니 시스템 구축과 데이터 수집/분석을 위한 기술적인 측면, 최종적으로 이를 활용하는 측면에서 많은 시행착오를 하고 있습니다. 제가 생각하는 최선은 빨리 시행착오를 마무리하고 일부 영역에서라도 성공모델을 만들어 확산하는 것입니다.

스마트팜과 인공지능

스마트팜에 인공지능을 적용됐을 때 기대되는 것은 어떤 것인가요?

스마트팜을 세대별로 구분한 자료가 있는데, 여기서는 인공지능이 적용되는 환경,생육정보가 핵심인 2세대(~2025)는 생산성 향상을, 생산정보가 추가된 3세대(~2030)부터는 지속가능성 향상을 기대 목표로 명시하고 있습니다. 인공지능이 적용되는 것은 2세대, 3세대에 해당되는데 이를 기준으로 하면 인공지능 적용으로 기대되는 핵심사항은 농사를 지으면서 수집하는 다양한 정보를 인공지능을 이용해서 분석해서 '최적의 농사 노하우를 알아내는 것'이라 할 수 있겠습니다.

산업계 각 분야에는 '장인'들이 있습니다. 오랜 기간 해당 업종에서 축적한 지식과 경험에서 나온 노하우를 가진 분들이죠. 과거에는 청년들이 이런 장인 (중장년층 농업종사자 포함)들의 기술을 전수받아 업을 이어 왔습니다. 그러다 점차 청년들은 농촌을 떠났고 남은 '장인'들은 노령으로 일손을 놓았으며 기후를 비롯한 환경의 변화는 이제껏 축적해 왔던 기술을 그대로 적용하기 어렵게 만들고 있습니다. 결과적으로 새로 농업에 뛰어드는 사람들 가운데 많은 수의 사람들은 특정 분야에서는 '멘땅에 헤딩'하는 방식으로 농사를 지을 수 밖에 없는 상황도 생기게 된거죠.

최근에는 도시로 떠났던 청,중년층 가운데 귀농을 희망하는 사람들이 늘고 있다고 합니다. 정부에서는 이런 분들을 위해 귀농/귀촌 교육을 진행하고 농촌에 정착할 수 있도록 저리로 영농 자금 대출 등의 제도(예시)를 운영하고 있습니다. 뿐만 아니라 농업 관련 전공자 등의 청년농업인에게는 스마트팜 설치 지원 대출을 별도로 진행하고 있습니다. (예: 청년농업인 스마트팜 대출) 문제는 이 자금으로 고가의 시설을 갖추지만 단기간의 정형화된 교육만으로는 농삿꾼의 다년간 경험에서 나오는 노하우를 대체할 수 없어 실패하는 경우가 많다는 것입니다. 이를 해결하기 위해 '인공지능을 이용해서 가장 효과적인 농사 기법을 찾아내어 지식화하고 이를 많은 사람들이 활용할 수 있도록 확산시키는 것'에 많은 투자가 이뤄지고 있습니다.

스마트팜에 적용되는 인공지능 기술은 어떤 것이 있나요?

스마트팜에 적용되는 인공지능은 각종 IoT 센서를 통해 수집된 데이터에 대한 분석, 병충해 감지, 작물 생장 분석, 드론이나 위성사진 기반의 작황 분포 및 예측 등의 분야에 활용됩니다. 여기에 적용되는 인공지능 기술로는, 온도/습도/강수/이산화탄소/일사량 등등의 다양한 변수에 대한 수확된 농산물의 당도나 작황 등과의 데이터 다변량 분석, 카메라 영상 기반의 병해충 판별, 과실(과일) 감지 및 숙성도 판별 등등은 CNN 계열의 영상분석 기술, 그리고 외부 환경정보 등과 결합한 데이터에 대한 자연어 처리 기반 분석 기술 등등이 있겠습니다.

인공지능 모델의 학습을 위해 활용할 수 있는 데이터가 있나요?

네. AI Hub 사이트에 가서 농업 분야의 데이터를 검색해보면 각종 농작물에 대한 영상, 수치 정보 등을 포함한 데이터셋이 공개되어 있습니다. 대략적으로 이런 데이터셋으로 어떤 모델을 학습 시키고 그것을 이용해서 어떤 서비스를 만들겠구나 하는 감을 잡을 수 있을 것 같습니다.

스마트팜에 대해 좀 더 알고 싶어요.

제가 인터넷 상에서 찾아본 몇 개의 글과 영상은 다음과 같습니다.

제7회 대한민국 소프트웨어 대전, 소프트웨이브2022

어떤 전시회인가요?
소프트웨이브2022는 올해로 7회째가 되는 대표적인 IT 분야, 특히 소프트웨어 전문 전시회입니다. 그래서 패키지 SW, 융합 SW, 인터넷 SW, 게임/콘텐츠 SW와 그외 관련된 IT서비스 관련 기업들이 대거 참여하죠.

전시회 행사 관련 정보는 다음과 같습니다.

일시 : 2022년 12월 7일 (수) ~ 9일 (금)
장소 : 코엑스 Hall A
주최 및 후원 : 전자신문, 소프트웨이브 조직위원회 주최, 과학기술정보통신부, 교육부, 행정안전부, 산업통상자원부, 중소벤처기업부, 문화체육관광부, 서울특별시 후원
전시품목 : IT서비스, 패키지SW, AI, IoT, RPA, 블록체인, AR/VR, 보안, 게임/앱/콘텐츠, 기타 SW융합 (통신/방송, 의료/바이오, 금융, 자동차, 에너지, 교육, 반도체, 엔지니어링, 로봇/드론, 스마트시티)
전시회 소개 페이지

행사 소개 책자가 있나요?

소프트웨이브를 소개하는 브로슈어가 제공되고 있습니다.

소이넷 부스는 어디에 있나요?

저희 부스는 J04 입니다. 전시장 출구 근처로 다소 외진 곳이긴 하네요. 전체를 한번 쭉 둘러보시고 저희 쪽 부스도 꼭 한번 방문해 주세요. ^^

다른 부대 행사도 있나요?

네. 이번 전시에는 '소프트웨이브 서밋 2022'라는 부대 행사가 12월 8일 (목)에 컨퍼런스룸 401호에서 진행됩니다. 소프트웨어 기술의 트랜드를 알 수 있는 좋은 자리가 될 것으로 생각됩니다. 유의하셔야 할 점은 사전 등록 시 무료이지만 현장등록 시에는 55,000원 유료이고 선착순이라는 것입니다.

부대행사에서는 어떤 프로그램이 진행되나요?

전시회 소개 페이지에 올라온 프로그램 내용을 살짝 옮겨보겠습니다. (출처)

인공지능 서비스의 배포와 운영 시 도움이 필요하신가요?

(주)소이넷은 인공지능 서비스를 제공하는 기업들 가운데 서비스 배포와 운영에서 어려움을 겪고 계신 곳에 도움을 드릴 수 있습니다.

혹시 구독자님의 회사는 다음과 같은 어려움을 겪고 계시지 않나요?

AI 모델을 개발하고 학습 후 서비스를 위한 성능 (Accuracy)는 달성했는데, 정작 최적화 엔지니어가 없어서 어플리케이션, 서비스로의 배포를 위한 실행최적화를 못하고 있어요!
AI 서비스를 이미 제공하고 있지만, 비싼 클라우드 GPU 서버 인스턴스 사용료가 부담이 되네요. 흠... 경비를 절감할 수 있는 방안이 없을까?
서비스에 적합한 공개 SOTA 모델이 있지만 그대로 가져다 쓰기에는 우리 쪽 어플리케이션에 접목하기도 어렵고 운영 비용도 많이 들 것 같은데 어쩌지?

그렇다면 언제든 아래 연락처로 문의 주세요. 함께 해결책을 고민해 드리겠습니다.