▲ 생기원이 개발한 스마트팜 다기능 농작업 로봇들

한국생산기술연구원(원장 이낙규)이 스마트팜 구축에 필요한 운송, 방제, 리프팅(Lifting) 기능을 하나의 무인 플랫폼에서 구현할 수 있는 ‘스마트팜 다기능 농작업 로봇’을 개발하고 상용화에 성공했다.

이 로봇은 정해진 선로를 따라 움직이는 하나의 자율주행 플랫폼 위에 원하는 용도의 작업대를 교체해가며 쉽게 사용할 수 있도록 ‘통합 시스템’으로 설계돼 있다.

운송 작업대는 집하장까지 무인이송이 가능해 농민들이 수레를 무겁게 끌고 다니는 수고를 덜어준다. 또한 방제 작업대는 농약의 자동분사를, 리프팅 작업대는 높은 곳의 열매 수확과 온실 시설관리를 도와준다.

세계 최초로 개발된 이 같은 통합 시스템 방식은 운송, 방제, 리프팅용을 각각 따로 판매하고 있는 네덜란드, 벨기에 등의 선도 회사 로봇에 비해 스마트팜을 보다 쉽고 저렴하게 구축, 대중화하는 데 매우 유리하다.

생기원 스마트모빌리티소재부품연구그룹 임대영 박사 연구팀이 개발한 이 로봇의 핵심기술은 농장 바닥에 설치된 마그네틱 선로의 자력을 최대 20㎝ 높이에서 감지하고 이를 따라 움직일 수 있는 ‘자계유도방식’의 자율주행 플랫폼에 있다.

▲ 스마트팜 다기능 농작업 로봇을 개발한 생기원 임대영 박사

▲ 수확한 농작물을 무인 운반하고 있는 스마트팜 다기능 농작업 로봇

선도 회사 제품의 경우, 전선에서 발생되는 전자파를 감지해 작동하는 ‘전자계’ 방식이기 때문에 전선 매설작업 및 별도 전자기기가 필요하고 운용비가 높으며 전력공급이 끊어져선 안 된다는 단점이 있다.

반면 자기장 방식은 전원 공급 없이 자석 자체의 자력만을 활용하므로, 값싼 마그네틱 와이어로 선로만 깔면 돼 설치 및 회수가 쉽고 운용비도 저렴하다. 중간에 선로가 끊겨도 자력이 유지돼 유지보수 역시 간편하다. 아울러 유리 온실 이외에 일반 노지에서도 사용 가능한 것도 큰 장점이다.

연구팀은 5년간의 연구개발 후 2019년 말부터 올해 초까지 전남 고흥, 강진 일대의 만감류 및 토마토, 파프리카 등을 재배하는 스마트팜 6곳에 로봇을 시범 배치하여 성능 검증을 진행했다.

특히 대상작물 중 레드향, 한라봉과 같은 만감류는 부가가치가 높고 재배면적도 해마다 늘어나고 있는 반면, 무게가 타 작물 대비 1.5배가량 무겁고 온실 환경도 고온다습해 작업자들의 기피로 일손이 늘 부족한 편이다.

개발된 로봇은 만감류 실증 농장에서 지정된 경로를 2.5cm 이상 이탈하지 않은 채 5시간 연속 주행을 마쳤고, 최대 200㎏ 가량의 수확물 운반과 36°(도) 이상의 가파른 경사로 등판도 안정적으로 구현해냈다.

또한 온도 50℃, 습도 80% 가량의 열악한 온실 환경 속에 장시간 방치돼도 정상 작동하여 우수한 내구성까지 입증해내, 로봇 1대가 2명의 노동력을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 한걸음 더 나아가 2017년부터 공동연구에 참여한 특장차 전문기업 ‘㈜화인특장(대표 최종석)’에 2020년 11월 기술이전을 최종 완료해 상용화까지 이뤄냈다.

화인특장에서는 현재 상품화 및 카탈로그 제작을 마치고 지난 5월부터 판매를 위한 마케팅에 돌입했다.

로봇의 판매단가는 약 1000만원 내외로, 해외 제품과 비교하면 3분의 1 이상 저렴해 혁신적인 비용절감을 이뤄냈다는 평가다.

임대영 박사는 “생기원 대표기술 Key-tech(키-테크) 성과 중 하나로, 과거에 비해 단가가 저렴해진 자계유도방식에 생기원의 자율주행 기술을 더해 얻은 성과”이며, “향후 지능형 로봇을 이용해 농작업의 85% 이상을 무인화할 수 있는 3세대 스마트팜 기술개발에 힘쓰겠다”고 말했다.

한편, 이번 기술은 기관 고유사업으로 개발되어 과학기술정보통신부의 연구개발특구육성사업(기술이전사업화과제)을 통해 ㈜화인특장에 이전됐으며, 농림축산식품부(농림식품기술기획평가원)의 2019년 1세대 스마트 플랜트 팜 산업화사업으로 실증을 완료했다. 관련 논문은 20편 발행되고 특허 15건이 출원 및 등록된 상태다.

또한 이번 성과가 발판이 되어, 생기원이 주관으로 14개 기관들과 함께 농림축산식품부의 스마트팜 다부처 패키지 혁신기술 개발사업에 응모, 48개 과제 중 최대 규모(총 82억 원) 과제에 선정되는 쾌거를 이루기도 했다.

한편 통계청에 따르면, 농촌 인구가 반세기만에 급속히 고령화되어 2019년 현재 절반가량(46.6%)이 65세 이상 고령자인 것으로 나타났다.

이처럼 심화되는 농촌고령화 현상 및 고질적인 청년인력 부족에 대한 대안으로, IT융합기술을 활용해 누구나 쉽게 농업에 뛰어들 수 있으며 생산성까지 극대화할 수 있는 ‘스마트팜’ 열풍이 세계적으로 뜨겁다. 정부는 올해 안으로 전남 고흥 등 4곳에 ‘스마트팜 혁신밸리’ 조성을 완료하고 기술개발 및 인프라 확산에 박차를 가한다는 방침이다.