작물의 생육/생리, 장애/질병 등 실시간 모니터링을 통해 배양 환경 조절 등을 자율적으로 수행하는 재배 플랫폼

예측 및 지속 가능한 방식의 농업으로 생산성과 효율성을 높일 수 있으며, 농촌 인구 고령화로 인한 노동력 감소 문제 해결에 기여

향후 5년 : AI 기반 모니터링 기술의 발달과 대규모의 데이터 축적으로 자율재배 플랫폼 상용화

향후 10년 : 기술, 장비 개발 및 인식 개선으로 개별 스마트팜에까지 자율재배 플랫폼 확산

1) 자율재배를 위한 농장 빅데이터 수집

- 작물 표현형 데이터 : 성장 관련 표현형 데이터(plant height, plant weight, number of leaves, yield quantity 등), 관리 관련 데이터(질병 감염 여부, 질병 종류, 질병 중증도 등)

- 작물 유전체 데이터

- 농장 환경 데이터 : 농경지의 다양한 기후환경 데이터(온도, 습도, 일조량, 풍량, 산소, 이산화탄소 등), 토양 환경 데이터(성분, 수분, 산도 등)

2) 바이오 빅데이터 분석 기술

- 기초 통계 분석 기술 : 농장의 현황 파악 및 동향 파악을 위한 데이터 전처리 기술

- 유전체 분석 기술 : 우수한 형질의 작물 육종을 위하여 작물의 유전체 데이터를 획득하고, 다양한 분석 기법을 이용하여 형질 연관 유전자를 탐색하는 기술

- 통계모형 및 인공지능 분석 : 사전 대응을 위한 예측 시나리오 분석 기술 등

3) 자율재배를 위한 물리적 기술

- 자동 데이터 수집 장치 : 작물의 표현형 데이터 수집을 위한 카메라, 센서 등의 장비. 표현형 데이터의 식별을 위한 이미지 인식 기술

- 원격 제어를 위한 사물인터넷(IoT) 기술 : 작물의 표현형 데이터와 성장 환경 데이터 등을 실시간으로 수집하고, 수집 및 제어 장치의 상호작용을 통하여 최적의 의사결정 실시 후 반영

- 자동 작업을 위한 로봇 기술 : 자율재배를 위해 사람이 직접 작업하는 기존의 방법이 아닌 작업 수행을 위한 정교한 로봇 기술

인공지능 등 다양한 데이터 분석 기법을 작물 데이터 분석에 도입하여 기존의 휴리스틱(heuristic) 의사결정이 아닌 데이터 기반의 의사결정 가능

AI 분석 기술을 적용하여 생산력 예측, 품질 관리, 질병 탐지, 잡초 방제 등 연구 진행 중 - 독일 Bonn 대학 연구팀은 환경 요인과 표현형 데이터를 이용하여 밀의 생산력 예측 분석을 수행. KNN, Random forest, XGBoost, Lasso 등 다양한 인공지능 분석 방법을 사용하여 고도화된 예측 모델을 제시(Scientific Reports, 2022) - 중국 Nanjing Forestry 대학 연구팀은 CenterNet 알고리즘을 이용하여 노지의 이미지 데이터에서 잡초를 탐지하는 연구를 진행(IEEE Access, 2021) 다중 스펙트럴 센서를 활용하여 고화질의 이미지를 수집하고, 위성, 무인항공기, 로봇 등의 무인 이동 플랫폼을 이용하여 비침습적인 데이터를 원격으로 수집 - Precision AI: 넓은 경작지에서 활용할 수 있는 드론 기술 - 생산력 예측(yield prediction) 기술: 작물의 생장환경 데이터와 생산량 간의 연관성을 분석하여, 수확물에 대한 예측 기술을 고도화하는 연구 진행 중이며, 이와 관련된 다수의 논문이 최근 발표

다양한 데이터 분석 기술에 대한 연구 개발 진행 중 - 생산력 예측 기술 : 작물의 생장환경 데이터와 생산량 간의 연관성을 분석하여 수확물에 대한 예측 기술을 고도화하는 연구 진행 중 - 품질 관리 기술 : 작물의 색깔, 모양, texture 등을 분석하는 연구가 수행 중 - 질병 탐지 기술 : 작물의 효율적인 관리를 위해 질병을 파악하고, 질병의 종류를 인지하는 탐지 기술 연구 중 - 잡초 방제 기술 : 작물의 성장에 필요한 자원이 대상 작물에 적절하게 사용될 수 있도록 잡초를 인식하는 기술 연구 중 자율재배 적용 기술 - 팜스올 : 스마트폰을 이용하여 사진을 찍은 후, 작물의 질병에 대한 정보를 획득할 수 있는 앱 - 아이오크롭스 : 작물과 성장 환경에 대한 데이터 수집 장치

글로벌 스마트팜 시장은 2026년 341억 달러(44조 3,000억 원) 규모로 성장할 것으로 전망작물 수확량 예측이 가능해져 작물의 적절한 공급량 조절을 통한 농가 수익 증대

농업이 직면한 인구 고령화 및 인건비 상승 등으로 인한 노동력 부족 완화 - 농작업 환경의 개선을 통한 청년 일자리 창출 기대

균일하고 정확한 고품질 데이터 수집이 필요하며, 실시간으로 수집되는 방대한 빅데이터의 데이터 저장 공간 확보 및 전산 시스템(computing power) 필요고해상도 카메라 및 센서, 드론 등 고가의 데이터 수집 장비 필요

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