스마트팜(Smart Farm)

『전경』을 보면 종도들이 농사를 지으며 흉년을 근심할 때 상제님께서 권능을 통해 풍년이 들게 하신 기록이 곳곳에 나온다.01 당시에 농사는 인간의 기본적인 삶을 영위하기 위한 소중한 일이었고 대부분의 민중은 농사를 지어 생계를 유지하였다. 이러한 현실에서 상제님께서는 민중의 고통받는 삶을 해결하기 위해 여러 공사를 행하셨을 뿐만 아니라 앞으로 오는 세상에 대해 희망찬 여러 말씀을 남기기도 하셨다. 이 말씀 중에는 흥미롭게도 현대사회의 농업기술과 그 의미를 같이하는 내용이 등장한다. 상제님께서는 미래의 우리 생활에 대해 “앞으로 오는 좋은 세상에서는 불을 때지 않고서도 밥을 지을 것이고 손에 흙을 묻히지 않고서도 농사를 지을 것이며 …”(공사 1장 31절)라고 하셨다. 상제님께서 미래의 세상에 대해 말씀하신 부분 중 농사에 대한 것은 4차 산업혁명 시대에 각국에서 발전되고 있는 새로운 농업기술인 스마트팜을 떠올리게 한다. 스마트팜이란 인구 증가와 기상 이변으로 발생할 식량 부족과 농업의 효율성 문제를 해결할 미래의 농업 방식이다. 이 글에서는 미래의 첨단농업으로 불리는 스마트팜에 대해 살펴보고자 한다.

4차 산업혁명은 빅데이터, 사물인터넷, 인공지능, 로봇 등 첨단 정보 통신기술이 경제 사회 전반에 융합되어 혁신적인 변화가 나타나는 차세대 산업혁명이다. 이는 정보통신기술이 기존 산업과 서비스에 융합하거나 로봇공학, 나노기술, 생명공학 등이 여러 분야의 신기술과 결합하여 모든 제품 서비스를 네트워크로 연결하고 사물을 지능화하는 혁신이다.02 4차 산업혁명은 전 세계의 시장 경제, 노동 시장, 산업구조 등 다양한 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 전망하고 있다. 특히 이는 집약농업의 한계점과 농업의 구조적 취약점을 극복하고 농업 생산력과 경쟁력을 개선할 좋은 기회가 된다.

4차 산업혁명 시대에 농업의 혁신은 ‘스마트팜’이라 불린다. 스마트팜은 정보통신기술과의 융복합을 기반으로 농작물을 재배하고 가축을 사육하는 생산시스템으로부터 농산물의 유통과 소비에 이르기까지 농업 전 과정의 디지털 과학화를 의미한다. 지금까지 농업인의 경험에 의존하던 농업기술이 네트워크 기술과 센서를 기반으로 계량화된다. 또한 개인의 기술과 시행착오에 의해 이루어졌던 농작업 의사결정이 빅데이터와 인공지능 컴퓨터의 도움으로 더욱 편리해지는 것이다.03 특히 생산분야에서는 정보통신기술을 활용하여 언제 어디서나 작물과 가축의 생육 상태를 관찰할 수 있고 필요에 따라서는 일정한 프로그램을 통해 자동으로 제어할 수도 있다.

스마트팜의 활용이 확대되는 것은 전 세계적인 추세다. 스마트팜의 시장 규모는 2015년 약 15조 5천억 원에서 2020년 30조 3천억 원으로 증가할 것으로 전망한다.04 스마트팜 기술 현황은 생산, 가공, 유통, 판매, 소비 등 다양한 영역에서 이루어지고 있다. 현재 국가마다 서로 다른 기후 환경과 농업 여건을 고려하여 가장 알맞은 형태의 스마트팜을 설계하여 적용하고 있는데, 스마트팜의 주요 기술을 보면 다음과 같다.

▲ 그림 시설원예분야 스마트팜 구성도 [출처: 「스마트팜을 더 스마트하게」, 《농수축산신문문》]

스마트팜의 가장 주목할 만한 기술은 농업에 데이터를 활용한다는 점이다. 이는 미래의 농업이 경험 기반의 농업에서 데이터 기반의 농업으로 전환한다는 의미이다. 농부는 농장의 여러 센서를 통해 기온, 일광 조건, 습도, 토양의 상태에 대한 정보를 수집한다. 이 정보는 환경을 정밀하게 모니터링하게 도와주며, 최적의 생육환경에 대한 정보를 제공한다. 이러한 데이터 기반 농업에서는 농부의 경험이나 기술에 의해 의존했던 농사 과정이 축적된 데이터를 통해 이뤄지게 된다. 데이터를 분석한 농부는 높은 생산량을 얻기 위해서 어떤 작물을 심어야 할지, 언제 얼마만큼의 물과 비료를 주어야 할지 등에 대해 예측을 할 수 있다. 이는 농산물을 생산하여 소비자에게 전달하는 전반적인 과정에서 더욱 효율적인 관리를 가능하게 한다. 데이터 기반 농업은 각국의 정부와 농가가 추진하고 있는 스마트팜의 목표이다. 초기 스마트팜은 농부의 작업 편의를 개선하기 위한 환경 제어 장치 적용에 중점을 두었으나 점차 생육 환경 정보를 활용하여 생산성을 향상하는 소프트웨어 중심의 시스템으로 발전하고 있다.05

또한 스마트팜은 농업용 로봇을 활용한다. 농업용 로봇은 파종이나 농약 살포, 농작물 수확 등을 목적으로 하는 자율주행 로봇을 말한다. 이 로봇은 농업 생산과 유통 과정에서 스스로 환경을 인식하고 상황을 판단하여 자율적인 동작을 통해 지능화된 작업이나 서비스를 제공하는 기계를 의미한다. 농업에 로봇을 활용한 사례를 보자. 미국의 어번던트로보틱스 기업에서 개발한 사과 수확 로봇이 있다. 이 로봇은 프로그램을 통해 나무에 달린 사과를 인식하고, 진공으로 빨아들이는 로봇 팔을 움직여 사과를 수확한다. 로봇은 농장을 자율주행하면서 사과의 성숙도를 파악할 수 있고, 야간에도 사과 수확을 할 수 있는 장점이 있다. 다음으로 미국 농업 벤처 팜와이즈사에서 만든 인공지능이 탑재된 잡초 제거 로봇이 있다. 이 로봇은 스스로 시각 정보를 학습하여 농장에서 경로를 따라가며 센서를 통해 작물과 잡초를 정확히 식별해내고 빠르게 잡초를 제거한다.06

◀ 어번던트 로보틱스의 사과 수확 로봇. 출처: 구글

▲ 팜와이즈의 잡초 제거 로봇. 출처: 구글

그리고 스마트팜은 도시에서 수직농장을 운영할 수 있다. 수직농장이란 1999년 미국 컬럼비아대학의 딕슨 데스포미어 교수에 의해 제시된 개념으로 도심에 수십 층의 고층 건물을 지은 뒤 각 층에 수경재배가 가능한 논밭으로 활용하는 농사방식을 의미한다. 수직농장은 기본적으로 흙이 필요 없는 수경재배를 이용한 수직, 다단식 재배 시스템으로 태양광을 이용하는 경우와 LED 조명을 이용하는 경우가 있다.07 이 농장은 계절과 관계없이 안정적으로 작물 생육환경(빛, 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 양분, 수분 등)을 제어하여 최적의 재배를 할 수 있다.

수직농장의 구체적인 사례를 보자. 미국의 에어로팜사는 뉴저지주에서 폐공장을 개조해 세계 최대 규모(연면적 6,300㎡)의 수직농장을 운영한다. 이곳에서 양상추, 양배추, 청경채 등 250여 종류의 채소를 키워낸다. 주목할 만한 점은 100% 재활용된 플라스틱 합성 섬유의 천을 흙 대신 사용한다는 것이다. 이 천은 오랫동안 사용할 수 있어 재배가 끝나면 씻은 후 다시 사용된다. 또한 물과 영양분을 직접 뿌리에 안개처럼 분사하는 분무재배를 한다. 분무재배 방식은 뿌리에 산소를 공급하기 더 쉽고 때로는 건조도 할 수 있다. 이로 인해 생산량은 더 늘어나면서 사용하는 물은 90% 이상 절약할 수 있다. 다음으로 일본 후지쯔의 아키사이 채소 공장에서는 반도체 공장을 활용하여 1,400㎡ 면적의 수직농장을 운영한다. 이곳에서는 일반재배와 달리 흙을 사용하지 않고 물에 영양분을 섞어 키우는 수경재배방식을 사용한다. 품질관리 측면에서 반도체 건물 내부를 활용하여 채소를 키우기 때문에 잡균의 번식이 적어 유효기간이 긴 채소를 생산할 수 있다. 이 농장 역시 1년 내내 채소를 수확할 수 있어서 일반 농법보다 25배 이상 생산량이 많다.08

▲ 미국 에어로팜사의 수직농장, 출처: 구글, 《한국일보》

▲ 일본 후지쯔의 아키사이 수직농장, 출처: 구글

스마트팜은 4차 산업혁명과 맞물려 앞으로도 크게 발전하게 될 것이다. 스마트팜의 미래를 그려보자면, 농업 분야에서는 스마트 농부가 탄생하고 영농 과정에 필요한 정보를 소프트웨어를 활용해 실시간으로 획득할 수 있는 각종 기술이 개발될 것이다. 유통 분야에서는 스마트폰을 활용한 스마트 경매와 스마트 TV를 통한 직거래가 유통질서로 자리 잡을 것이다. 그리고 새로운 형태의 스마트 기기는 소비자가 시장에 가지 않아도 안심하고 농산물을 구매할 수 있는 유통 구조를 확장해 나갈 것이다. 소비 분야에서는 농산물의 품질과 안전성에 대한 정보 제공을 통해 생산자와 소비자 간의 신뢰가 구축될 것이다.09 이런 점에서 미래의 스마트팜은 생산의 자동화, 유통의 효율화 등을 통해 농업 공정을 혁신하고, 상품 및 서비스 분야에서 새로운 가치를 제공하게 될 것이다. 앞으로 한국형 스마트팜을 발전시키기 위해서는 정부와 민간 기업이 협력하여 농업의 정책, 기술 등에 있어 혁신의 전기를 마련할 필요가 있다.

이상으로 스마트팜의 의미와 핵심기술에 대해 살펴보았다. 전 세계는 지금 인구 증가와 고령화의 가속, 환경 변화 등으로 인한 식량 부족과 노동력 감소, 농업의 효율성 문제에 주목하고 있다. 이러한 상황에서 농업은 정보통신기술, 빅데이터, 인공지능, 로봇 등의 첨단기술과 결합하여 발전된 미래 농업을 향하여 나아가고 있다. 현재 여러 나라의 스마트팜은 농업 로봇을 운용한 작업을 비롯하여 작물의 생산, 수확, 유통에 이르기까지 많은 부분 자동화가 이루어지고 있다. 세계 각국은 4차 산업혁명 시대의 과학기술을 활용하여 농업의 지속 가능한 발전과 혁신을 위한 노력을 기울이고 있는 것이다. 첨단기술을 활용한 스마트팜은 상제님께서 손에 흙을 묻히지 않고서도 농사를 지을 것이라고 예견하신 말씀을 생각나게 한다. 상제님 당시의 사람들에게 이러한 말씀은 매우 생소하게 다가왔을 것이다. 하지만 현재의 우리는 『전경』에 수록된 상제님의 여러 예견이 현실에서 이루어지고 있음을 체감하게 된다. 아직 우리가 기대하는 후천 문명이 되지는 않았지만, 현재의 문명이 천지공사에 맞게 진행되는 것이라고 볼 때 4차 산업혁명 시대의 농업기술도 후천의 문명으로 가는 천지 공정의 내용 중 하나로 생각해 볼 수 있겠다

01 가뭄이 들어 모를 심지 못하자 우사(雨師)를 불러 단비를 내리신 일(행록 4장 31절), 농작물에 심한 충재가 들자 햇볕이 잘 들고 비가 적절히 내려 풍년이 된 일(권지 1장 7절), 전북(全北) 칠읍(七邑)에 흉년을 없애신 일(공사 1장 28절), 가뭄이 심할 때 비를 내리게 하신 일(행록 4장 27절, 권지 2장 19절) 등이 있다.

02 김연중 외 3인, 「제9장 4차산업혁명에 대응한 농업혁신 전략」, 『한국농촌경제연구원 기타연구보고서』 (2018), p.234 참고.

03 윤남규 외 3인, 「한국형 스마트팜 정책 및 기술개발 현황」, 『전원과 자원』 59 (2017), p.20 참고; 김상철, 「4차 산업혁명과 스마트팜 기술 개발」, 『전원과 자원』 59 (2017), p.13 참고 .

04 김화년, 「곡물 생산을 위한 스마트 농업의 부상」, 『해외곡물시장동향』, 7 (2018), p.115 참고 .

05 장필성, 「4차 산업혁명의 기술적 특징과 농업 적용 기술」, 『세계농업』, 200 (2017), pp.170-711 참고; 홍정민 외 2인, 「스마트팜을 더 스마트하게」, 《농수축산신문》 2018. 4. 18.

06 [KBS 스페셜] 미래혁명 스마트팜: 1부 로봇농부, KBS, 2018년 5월 3일 참고; 장필성, 앞의 글, p.179 참고; 박성준외 2인, 「농업용 로봇 및 자동화 기술 분석과 국내외 동향」, 『전원과 자원』 59 (2017), pp.22-32 참조.

07 진달래 외 2인, 「일본 건물활용형 수직농장 유형별 사례 분석」, 『한국생태환경건축학회 논문집』 18 (2018), p.49 참고.

08 [KBS 스페셜] 미래혁명 스마트팜: 2부 식물공장, KBS, 2018년 5월 4일 참고: 박준석, 이현주, 「데이비드 로젠버그 에어로팜 CEO “도심속 수직농장은 미래식량의 대안”」, 《한국일보》 2018. 2. 20 참고.

09 김상철, 「4차 산업혁명과 스마트팜 기술 개발」, 『전원과 자원』 59 (2017), pp.16-17 참고.