생기원, (주)코보시스, (주)화인특장과 공동으로 '스마트팜 정식로봇' 개발
AI, 영상인식기술로 다양한 모종, 배지 인식해 스스로 정식작업 수행
국내 농업의 가장 큰 어려움으로 꼽히는 인력 부족 문제를 해결할 수 있는 대안으로 스마트 팜(Smart Farm)이 확대되고 있다.
통계청 발표 자료에 따르면, 국내 농가인구는 2012년 291만1천명에서 2022년 216만5천명으로 10년 간 74만9천명 감소했다.
‘시설면적 규모별 농가’의 경우 3ha 이상의 대규모 시설재배 농가는 2012년 728개에서 2022년 850개로, 10년 새 17% 가까이 늘었다.
스마트 팜도 면적이 넓어지는 것과 비례해 인력이 필요하기 때문에 대규모 스마트팜 농가의 로봇 수요가 높아지고 있는 추세이다.
한국생산기술연구원(원장 이상목, 이하 생기원) 특수목적로봇그룹 양승환 수석연구원 연구팀이 로봇 전문업체 ‘㈜코보시스’, 전동특수차 전문업체 ‘㈜화인특장’과 함께
‘무인 자동화 스마트팜 정식로봇’을 공동 개발했다.
두 개의 로봇팔과 자율주행 이동체로 구성해 한 쪽 로봇 팔이 모판에서 모종을 뽑아내고, 다른 팔로는 재배용 배지(培地)를 파낸 후 사람 없이도 독자적으로 모종을 옮겨 심을 수 있는 자동화 로봇이다.
재배시기를 맞추려면 전 면적에 걸쳐 빠르게 모종을 심어야 하는데, 평균 4~5개월에 한 번 꼴로 2~3일만 작업하면 되는 단기인력 구하기가 점점 어려워지고 있는 실정이다.
여린 모종을 단단한 배지에 옮겨 심는 작업은 단순하지만 섬세함과 근력을 동시에 요구하기 때문에 사람의 손길 외에 기계화가 어려운 영역으로 인식돼 왔다.
개발된 무인 자동화 스마트팜 정식로봇은 모판에서 개별 모종의 위치를 파악해 한 개씩 뽑아내고, 옮겨 심어야 할 배지의 위치를 인식해 파낸 후 뽑아낸 모종을 정식하는 순서로 작업을 수행한다.
연구팀은 스마트팜 농가에서 가장 많이 재배하는 토마토, 파프리카 모종을 정식할 수 있는 무인 자동화 로봇 구현을 위해 활용도가 높은 40공 모판을 활용했다.
한 재배 라인의 모종 정식이 끝나면 자율주행 이동체가 다음 재배 라인의 정식 위치로 이동해 순차적으로 작업을 수행하는 방식이다.
정식로봇이 모종의 위치와 정식할 배지의 위치를 정확히 인식할 수 있는 것은 인공지능을 활용한 영상인식 기술 덕분이다.
토마토 모종과 파프리카 모종의 형상이 다르고, 같은 품종이라도 각각의 형상이 조금씩 다르기 때문에 연구팀은 인공지능 학습을 통해 잎, 줄기의 모양과 숫자, 높이가 다른 다양한 모종의 형태를 로봇 스스로 인식할 수 있게 했다.
이번 성과는 스마트팜연구개발사업단의 지원으로 추진됐으며, ㈜코보시스가 로봇팔을, ㈜화인특장이 이동플랫폼을 개발하고, 생기원이 총괄을 맡아 2021년 4월 연구에 착수한지 2년 8개월 만에 성과를 냈다.
미국 라스베이거스에서 1월 8일부터 12일까지 열린 ‘2024 국제가전박람회(CES)’에서 최초 공개되어 현장에서 미국 로봇 전문기업과 로봇 공급에 관한 MoU를 체결하기도 했다.
개발을 이끈 생기원 양승환 수석연구원은 “정식로봇이 구현된 자율 주행 이동체는 다양한 스마트팜 농작업에 적용할 수 있도록 개발됐다” 고 설명하며
“조만간 청소로봇, 적엽로봇, 방제로봇, 인식로봇을 순차적 으로 공개할 계획”이라고 밝혔다.
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