이전의 컴퓨터 기술로는 신속하게 처리하기 어려웠던 작업들을 저전력, 저비용으로 인공지능은 농업을 미래 산업으로 혁신시키는 기반이 될 것...

국제통계사이트 월드오미터(Worldometer)는 현재 기준(2021.07.11), 세계인구는 78억 7849만명이다. 세계식량농업기구(FAO)의 지난 5일(현지시간) 발표에 의하면 오는 2030년까지 85억명에 도달할 것으로 예상되고 증가하는 세계 인구를 지속 가능한 방식으로 먹여 살리 것이 핵심이 될 것이라고 밝혔다.

또한, 2030년까지 예상되는 전 세계 작물 생산량 증가 중 87%는 수확량 증가에서 비롯될 것으로 예상되는 반면 6%는 토지 사용 확대, 7%는 작물 집약도 증가에서 비롯될 것으로 전망했다.

국내는 물론 일본, 유럽 등 주요 국가들은 전반적으로 출산율이 떨어져 심각한 사회문제를 야기하는 가운데 상대적으로 세계 인구는 꾸준히 늘어나는 이유는 인도, 아시아, 아프리카 등 개발도상국의 상대적으로 높은 출산율에 따른 것이다.

또한, 전세계 인구가 증가함에 따라 1 인당 가능한 농지의 양이 감소하고 있다. 여기에, FAO는 농민들은 전세계 인구를 먹이기 위해 2050년까지 농업 생산량을 약 50 % 더 늘려야 할 것이며, 이에 따른 농업은 더 많은 생산성 향상과 기술 혁신이 요구될 것이라고 밝혔다.

여기에, 유엔개발프로그램(UN Development Programme)은 기후 변화로 인한 작물 모니터링, 해충 및 기타 피해 방지를 위한 소프트웨어, 플랫폼, 운영 및 관리에 농업을 위한 인공지능 기술 솔루션에 지속적 관심과 투자하고 있으며, 글로벌 농업 및 AI 전문가들은 인공지능(AI)이 세계 농업에서 가장 핵심적인 기술로 작용하고 기여할 것으로 전망하고 있다.

이는 이전의 컴퓨터 기술로는 처리하기 어려웠던 작업을 저전력, 저비용의 AI와 머신러닝 플랫폼이 처리한다.(사진:본지DB)

인공지능은 농부들이 더 많은 정보를 바탕으로 작물을 선택하고 최고의 종자를 선택하도록 도우며, 생육과정과 수확 품질 및 수확량을 향상시키는데 도움을 주고 있다.

그럼, 수확량에 영향을 미치는 가장 큰 요인으로 자연 재해 등의 외부 환경에 따른 요인 외에 병해(病害)의 발생과 잡초의 영향을 들 수 있다.

우선 병해를 예방하기 위해서는 감염 전후에 예방약을 살포하는 것이 가장 효과적이지만, 병해가 실제로 발생하기 전까지는 보이지 않기 때문에 살포의 최적 타이밍을 파악 하는 것은 매우 어려운 문제였다.

이 문제 역시, 지난 2017년부터 인공지능(AI)으로 해결해 나가고 있다. 특히, 독일 보쉬(Bosch)는 AI 작물 병해 예측 시스템 '플랜텍트(Plantect)' 는 작물의 생육(生育)에 영향을 미치는 요인들을 클라우드를 통해 작물의 생육에 필요한 모든 것을 모니터링하고 인공지능으로 경작자에 정확하게 병해 예측 서비스를 제공하여 농약 살포 타이밍을 포착할 수 있는 서비스이다.

컴퓨터 비전과 딥러닝을 기반으로 한 이 솔루션은 밀리초 만에 대단위 경작지에서 작물과 잡초를 정확하게 감지하고 필요한 경우에만 제초제를 살포할 수 있는 AI 스마트 스프레이 솔루션(사진:보쉬)

또한 보쉬와 바이엘(Bayer)은 공동으로 AI 스마트 스프레이 솔루션을 개발해 밤낮으로 실시간 자동화된 발아 전 및 발아 후 잡초 식별 및 관리를 제공하고 있다.

컴퓨터 비전과 딥러닝을 기반으로 한 이 솔루션은 밀리초 만에 대단위 경작지에서 작물과 잡초를 정확하게 감지하고 필요한 경우에만 제초제를 살포할 수 있는 솔루션이다. 제초제의 보다 효율적인 사용으로 작물 생육 촉진은 물론, 약 70%의 제초제 사용 절감 효과로 환경보호에 뛰어난 효과를 발휘한다.

정확한 잡초 식별 및 관리를 제공하는 AI 스마트 스프레이 솔루션 시연 이미지(사진:보쉬)

바스프(BASF)의 AI 농업 솔루션 자르비오(xarvio)는 성장 단계 모델링, 예측 기상 조건 및 질병 위험 등을 고려하는 고도로 검증된 AI 알고리즘을 사용하여 각 경작지 구역에 대한 위험 수준을 식별한다.

또한 경작지 구역 지도를 기반으로 토양 및 작물 상태를 모니터링하고, 질병 및 해충 인식을 지원하고, 현장 조건을 기반으로 맞춤 추천 치료법을 통해 전 세계 농부를 지원하는 농업 및 작물 최적화를 위한 디지털 솔루션을 제공한다.

xarvio™ FIELD MANAGER 시연 이미지(사진:바스프)

현재, 이 자르비오의 필드 매니저(xarvio FIELD MANAGER)는 15개국 37,000명의 농부가 총 면적 400만 헥트아르 이상 사용하고 있으며, 자르비오 스카우팅(xarvio SCOUTING)은 전 세계 340만명 이상의 농부와 컨설턴트가 사용하고 있다고 한다.

현재, 농업 AI 산업에는 마이이크로소프트, IBM, 보쉬, 바이엘, 바스프 등을 비롯한 글로벌 기업은 물론, AG 테크롤노지(Ag Leader Technology), 에이웨어(aWhere), 가마야(GAMAYA), 그래녈러(Granular), 국제 머신(nternational Business Machines), 이테리스(Iteris Inc), 디어앤코(Deere & Co), 레이븐 인더스트리(Raven Industries), 트림블(Trimble ) 등 수십개의 전문 기업이 세계 전역에서 두각을 나타내고 있다.

지난달 발표된 인피니티 리서치의 테크나비오(Technavio)의 농업 산업 인공지능 시장 예측 및 분석 2021-2025(Agriculture Industry AI Market in Forecast and Analysis 2021-2025) 보고서에 따르면 2021년부터 2025년까지 23.34%의 연평균 성장률(CAGR)로 4억 5,868만 달러(약5268억원)까지 성장할 것으로 예상된다.

또, 인공지능이 기반이 되는 글로벌 스마트 농업 시장은 2026년까지 171억 달러(약 19조 6천4백억원)에 이를 것이며, 리포트앤데이터(Reports and Data)의 최신 보고서에 따르면 IoT와 융합된 농업 AIoT 시장은 오는 2028년에는 308억 달러(약 35조 3738억원)에 이를 것으로 예상된다.

캠브리지컨설턴트의 AI 자율 로봇 플랫폼 마무트는 정교한 센서 배열구조로 설계돼 GPS나 별도의 통신시스템이 없이도 자동으로 주변지도를 매핑하고 경로를 찾을 수 있다. 특히 밭, 과수원, 포도원 등의 농지에서 자유롭게 움직이며, 농작물 높이에 맞춘 내장 카메라를 통해 각 작물의 생장 상태와 예상수확량을 분석한다.(사진:본지DB)

농업 산업 시장 성장에서 인공 지능(AI) 시장을 이끄는 주요 요인은 신기술을 통한 농장 운영의 이익 극대화와 AI 기술의 발전을 꼽으며, 세그멘트 별 핵심은 AI 기반 로봇, 작물생육, 토양 관리등을 꼽는다.

상대적으로 협소한 경작지를 기반으로 하는 우리나라는 주로 생육과정에 중점을 두고 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 강릉분원 천연물연구소는 지난 2015년 10월부터 국가과학기술연구회 지원으로 AI 기반 스마트팜 통합솔루션을 개발하고 있다. 기존의 단순 환경제어 및 편리성 위주의 스마트팜 1.0에서 데이터를 활용하여 작물의 생산성과 품질을 증대시킬 수 있는 스마트팜 2.0으로 발전하고 있다.

사진은 줄기외곽선 자동 detection으로 딥러닝을 통한 줄기접선 검출 및 두께측정 이미지(사진:본지DB)

개발된 딥러닝 기반 작물 생육지표분석 영상소프웨어는 줄기두께, 생장길이, 꽃 수, 과실 수 등을 취득 이미지에서 자동으로 인식, 측정하는 SW 기술로 토마토 생육지표의 영상기반 측정 시 취득 배경의 복잡함(식물체 오버랩), 취득 시 카메라 포즈, 배경 빛의 편차 때문에 측정 대상의 자동 정밀 영역 검출 및 분석이 불가능한데, 이를 학습 및 보정을 통한 딥러닝 기술을 적용하여 정확도를 향상 시켰다.

특히, AI 스마트팜 솔루션 전문기업 진코퍼레이션(대표 이창희)은 KIST 강릉분원 천연물연구소의 AI 스마트팜 솔루션 기술 이전과 충남대학교와의 국가연구과제 공동수행을 통해 AI기반 스마트팜 연구개발을 진행해왔다.

진코퍼레이션 ‘인공지능 스마트팜 테스트베드’ 에서 이창희 대표가 연구원과 작물의 생육상태를 확인하고 있다

2020년 6월에는 본사 내에 AI 스마트팜 테스트베드를 개소하여 혁신적인 스마트팜 기술을 지속적으로 개발하고 일본 'M식 수경연구소'와 AI기반 스마트팜 비료관리기 등을 공동개발과 수출을 기반으로 글로벌 진출에 본격 나섰다.

농촌진흥청(청장 허태웅)은 유전체 빅데이터와 인공지능(AI) 기술을 이용해 식물체 분자 마커를 개발하고 있다. 분자 마커는 식물체 등 유기체가 공통으로 가지는 분자로, 생명체의 유전적인 특징이나 진화적인 역사에 대한 정보를 담고 있어 우수 품종을 개발하는 데 활용된다.

농진청의 인공지능으로 토마토 수확시기 예측하는 솔루션 이미지(사진:본지DB)

또한, 농촌진흥청은 농업인구 고령화와 코로나19 영향으로 농업 생산 인력 공급이 불안정해짐에 따라 로봇과 인공지능 기술을 활용한 다양한 작물 생육과정과 생산량을 예측하는 AI 로봇시스템을 개발하고 보급에 나섰다.

이밖에도 국내외 많은 기업들이 AI 농업 시장을 개척하고 있지만 대표적인 글로벌 기업으로는 2015년에 설립된 AI‧머신러닝 기반 스마트팜 스타트업으로 뉴욕에 본사를 두고 뉴저지, 볼티모어, 팬실바니아 등 네개의 농장을 보유하고 있는 글로벌 유니콘 바워리 파밍(Bowery Farming)을 꼽을 수 있다.

바워리 파밍은 현재, AI/머신러닝, IoT, 클라우드 등 기술를 활용하여 기른 입채소를 미국의 유기농 식품 전문 슈퍼마켓 체인, 홀푸드마켓(Whole Foods Market)을 비롯한 월마트(Walmart), 자이언트(Giant), 세이프웨이(Safeway), 아마존(Amazon) 등 850개 이상의 전자 및 오프라인 식료품체인에 공급하고 있다.

바워리 파밍의 뉴저지 농장, 연구 개발 센터 전경(사진:바워리 파밍)

무엇보다도 바워리 파밍은 2011년 삼성전자 소프트웨어 총괄 전무로, 2017년 말까지 삼성에서 부사장으로 인공지능(AI) 음성인식 플랫폼 빅스비(Bixby) 개발 등을 이끌었고 2018년부터 구글 AI 및 사물 인터넷(IoT) 사업을 이끌던 '구글 클라우드 IoT' 이인종 부사장을 금년 1월 12일, 최고기술책임자(CTO)로 영입해 관련 커뮤니티를 달궜다.

특히, 바워리 파밍의 BoweryOS는 스마트 팜(Smart Farm) 프로세스에서 소프트웨어, 하드웨어, 센서, 컴퓨터 비전 시스템, AI 및 로봇 공학을 통합하여 전체 작업을 조정하고 자동화한다.

이처럼 농업에서 인공지능은 우수한 종자 선별에서부터 발아, 작물의 건강 상태 및 수확량을 향상시키고 농장의 이윤을 극대화 할 수 있는 최적의 수확 시기와 수확에 필요한 인력을 계획할 수 있다. 이는 이전의 컴퓨터 기술로는 신속하게 처리하기 어려웠던 업무들을 저전력, 저비용으로 인공지능은 농업을 미래 산업으로 혁신시키는 기반이 될 것으로 예상된다.

아울러, 천연자원을 보호하면서 기후변화와 식량부족, 물 부족, 경작지 부족 등으로 인류에 미칠 충격적인 문제를 해결하는 구체적인 방법으로 농업에서 전략적인 인공지능 도입은 더 나은 생산량, 더 나은 영양, 더 나은 환경, 더 나은 삶을 제공하는 솔루션으로 이 세대와 이후 세대를 위해 보다 효율적이고 포용적이며 탄력적이며, 지속 가능한 농식품 시스템으로의 전환에 기여할 것으로 기대된다.

최창현 기자 aitimes@naver.com
출처 : 인공지능신문(http://www.aitimes.kr)