스마트팜과학과 재학생팀이 농촌진흥청이 주관하는 제4회 농업용 로봇 경진대회에서 최우수상을 받았다. 식물 위주의 원예생명공학과에서 IT, 데이터분석, 공학 관련 융합 커리큘럼을 도입한 스마트팜과학과로 학과가 변경되며 나타난 결과라 의미가 크다.

스마트팜과학과 IT, 데이터분석, 공학 융합 커리큘럼 도움
“첨단 스마트팜 분야 선도하는 융합 인재 양성할 것”

스마트팜과학과 재학생팀이 농촌진흥청이 주관하는 제4회 농업용 로봇 경진대회에서 최우수상을 받았다. 식물 위주의 원예생명공학과에서 IT, 데이터분석, 공학 관련 융합 커리큘럼을 도입한 스마트팜과학과로 학과가 변경되며 나타난 결과라 의미가 크다. 이들을 지도한 스마트팜과학과 정대현 교수는 “식물학자가 첨단 기술을 다루는 스마트팜과학과의 융합형 인재로 나아갈 방향을 제시한 사례”라고 강조했다.

농업용 로봇, 농촌 문제 해결하기 위한 마지막 수단
농촌은 인구소멸의 위험을 직면하고 있다. 국립농업과학원의 통계에 따르면, 농촌이 직면한 가장 큰 문제는 노동력이다. 긴 작업 시간과 많은 작업량은 부상 위험을 높이고 있으며, 노동력 부족으로 인한 폐농 위기도 도사리고 있다. 농업용 로봇은 이에 대한 해결책으로 주목받고 있다. 정대현 교수는 “농업용 로봇은 농촌의 인구 문제를 대처할 수 있는 마지막 수단이다. 현재의 농업용 로봇은 초기 개발단계에 머물러 사람만큼의 효율은 구현할 수 없지만, 로봇만의 강점인 밤낮없이 일할 수 있다는 점을 살려 연구하고 있다”고 설명했다.

농업용 로봇 경진대회에 학생들이 참가한 이유도 정대현 교수의 목표와 맥락이 닿아있다. 학생들은 지난 여름방학에 진행된 로봇 캠프에 참가하며 농업용 로봇의 중요성을 깨달았다. 전유진 학생(스마트팜과학과 석사2기)은 “농업용 로봇이 농업 발전을 이끌 중요한 요소다. 기계공학 전공자도 농업용 로봇을 연구·개발하지만, 식물 지식을 바탕으로 개발된 농업용 로봇이 필요하다고 생각해 대회에 참가했다. 대회 전날까지 밤을 지새우며 완성도를 높이기 위해 노력했는데 좋은 결과를 얻어 기쁜 마음”이라고 밝혔다.

대회에서 제공받은 농업용 로봇은 바퀴, 로봇팔, 센서 및 카메라 등으로 구성됐다. 학생들은 제공받은 로봇에 구조적 차별화를 주기 위해 로봇팔 위에 카메라를 추가로 설치했다. 공채원 학생(스마트팜과학과 21학번)은 “자율주행과 수확의 효율성을 높이기 위해 노력했고, 로봇팔에 카메라를 설치해 시야 조절의 자유도를 높였다”고 말했다. 수확 망을 로봇팔 아래에 부착해 수확에 걸리는 시간도 줄였다.

주행, 과실 분류, 수확, 주차 등 작업별 알고리즘 개발
학생들이 대회에서 받은 과제는 제공한 농업용 로봇이 과수 모형 사이를 자율주행하고, 성숙과를 분류 및 수확할 수 있도록 코딩하는 것이었다. 학생들은 대회용 로봇이 ‘주행’, ‘과실 분류’, ‘수확’, ‘주차’ 등의 작업을 적절히 수행하도록 코딩했다. 김예진 학생(스마트팜과학과 21학번)은 “수업을 통해 농업용 로봇에 대한 여러 아이디어를 얻을 수 있었지만, 이를 실행할 코딩은 처음이었다. 시도와 실패를 거듭하며 코딩 지식을 배웠다”고 말했다.

주행은 라인 트래킹과 나무 사이를 지나는 두 단계로 구분됐다. 라인 트래킹은 검은색 선을 따라 주행해야 했고, 라인 트래킹이 종료되면 나무 사이를 주행해야 했다. 분류 작업은 딥러닝 모델을 활용해 수확과, 미숙과, 완숙과를 구분한다. 완숙과를 수확과로 잘못 분류하는 문제를 해결하기 위해 과수 모형 사진을 많이 찍어 최대한 많은 데이터를 학습시켰다. 그 결과 정확도 98%라는 높은 수치를 기록했다.

수확 작업은 로봇팔을 이용해 수확과를 수확해야 했다. 하지만 기술적 어려움을 겪어 구현에 실패했다. 정대현 교수는 “수확 동작을 구현하는 데 너무 많은 시간이 소모돼 전략적으로 배제했다. 대신 다른 작업의 완성도를 높여 높은 점수를 받았다”며 “수확 작업을 완료하지 못한 아쉬움은 다음 대회에 풀 수 있도록 준비하고 있다”고 설명했다. 주차 작업은 카메라로 AR태그를 인식해 주차 거리를 구해 가까워지면 주행을 멈추도록 구현됐다.

스마트팜과학과는 첨단 기술과 식물지식을 융합한 인재 양성에 매진하고 있다. 정대현 교수는 농업용 로봇 인재 양성을 위해 다음 대회에도 참가할 예정이다.

구현한 작업을 자동화하는 작업도 진행됐다. 김예진 학생은 “대회 주최 측이 기대한 농업로봇 자동화의 의미를 살리기 위해 한 번의 조작만으로 모든 작업이 진행되도록 각각의 알고리즘을 하나로 통합했다. 힘든 작업이었지만 다른 팀과 다르게 통합에 성공했고, 차별화를 이룰 수 있었다”고 밝혔다.

개발 과정에 스마트팜과학과의 교과목이 큰 도움이 됐다. 공채원 학생은 “IoT 기초과목을 통해 라즈베리파이와 파이썬 언어를 실습할 수 있었고, 딥러닝 기반 분류 모델 개발 때는 빅데이터 분석 및 응용 과목에서 관련 지식을 배웠다“고 설명했다.

스마트팜과 농업용 로봇의 미래 시장 전망은 밝다. 세계적으로 많은 자본이 스마트팜 및 농업용 로봇 시장에 투입되고 있고, 각국 정부에서도 인재 양성을 위한 정책 지원에 힘쓰고 있다. 정대현 교수는 “세계적 동향에 맞춰 스마트팜과학과가 신설됐고, 조만간 역량 있는 졸업생도 산업계로 진출할 예정이다. 스마트팜이라는 첨단 분야를 선도하는 역량 있는 인재를 양성하기 위해 노력할 것”이라고 밝혔다.

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- 정대현 교수 연구자 정보

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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