높은 방제 효과와
작업자 보호가 가능한
스마트 온실 방제 로봇 개발

토마토는 생육초기엔 총채벌레, 굴파리, 담배가루이 등 해충 피해를 입을 수 있고, 겨울철에는 잎마름역병, 잿빛곰팡이병, 시들음병 등 병해가 발행할 수 있다. 봄에는 온실 기온이 낮에는 높고 밤에는 낮아 월동해충 발생 증가가 우려된다. 병해충이 발생하면 급속도로 퍼질 수 있기 때문에 예찰을 강화하고 적절한 시기에 방제를 해주는 것이 중요하다.

“총채벌레류 알은 시설내부 식물체 줄기 아래 부분 등에 약제를 뿌려 초기 밀도를 낮추면 수확기에 피해를 줄일 수 있습니다. 담배가루이는 황화잎말림 위조바이러스를 옮기는 매개충으로 생육 초기부터 철저히 방제해야 합니다. 잎 뒷면까지 약제를 뿌려야 하지요. 월동해충이 발생하면 초기에 방제해야 수확기에 큰 피해를 줄일 수 있습니다.”

많은 농가들이 해마다 병해충과 싸움을 벌이고 있다. 병해충으로 인해 한 해 농사를 망칠 수도 있기 때문이다. 농가에서는 작업자가 직접 농약통을 매고 분무기로 방제를 하거나 고정식 연무방제기, 무인자동 방제기 등을 사용하고 있다.

하지만 계절에 따라 일주일에 수차례 온실에서 직접 분무기로 방제를 하면 피로도가 쌓이고 인체에 해가 될 수 있다. 또한 고압분무기, 무인자동 방제기 등으로 방제할 경우, 정확한 위치에 분사가 어렵고 큰 약재 입자가 땅으로 금세 떨어지는 등 방제 효과가 줄어드는 단점이 있었다.

농업로봇 시스템 연구·개발 업무를 담당하는 김경철 연구사는 다년간 연구를 통해 8시간 이상 연속 운전이 가능하고, 300L 약액통을 붙여 1회 0.33ha를 방제할 수 있는 스마트 온실 방제 로봇 개발에 성공했다. 이 방제 로봇을 농업 현장에 적용한 결과, 0.33ha를 기준으로 작업자 2인이 약 2.5~3시간 걸렸던 일을 작업자 없이 약 1.5시간에 끝마칠 수 있었다.

“스마트 온실 방제 로봇을 활용하면 방제에 들어가는 노동력과 시간을 크게 줄일 수 있었습니다. 이와 함께 방제 효과를 높이기 위해선 고장이나 오작동을 줄이는 것도 중요한데요. 이에 고장 확률 0.1~1% 미만인 안전 무결성 수준(SIL, Safety Integraty Level) 2등급 제어기를 적용해 발생할 수 있는 장애를 최대한 예방했습니다. 특히 별도 전문적인 관리가 필요없어 농업인도 쉽게 이용할 수 있습니다.”

이와 함께 마그네틱, 근접 센서, 광학 검출기 등을 사용해 계획된 경로를 따라 자율주행할 수 있도록 설정했다. 또한 로봇 앞뒤에 접촉 감지기를 붙여 사람 또는 장애물을 느꼈을 때 멈춰 사람과 로봇을 보호할 수 있도록 했다.

“특히 스마트 온실 방제 로봇은 밀폐된 온실에서 작업자 없이 방제할 수 있어 미립 방제가 가능합니다. 200㎛ 이하로 미립화가 가능한데, 미립화란 액체 평균 지름 정도를 수치화한 값입니다. 수치가 작을수록 액체 입자가 작아 공기 중에 오래 머물 수 있습니다. 미립 방제를 하면 공기 중에 농약 입자가 머무는 시간이 늘어 작물에 붙는 양을 최대 15~20% 늘리는 효과가 있습니다.”

미립 방제는 효과가 높지만 액체 입자가 작은 만큼 호흡기와 피부로 흡수되는 양도 증가해 현장에서 사용하기 어려웠다. 하지만 이번 스마트 온실 방제 로봇 개발로 작업자 없이 미립 방제가 가능해 작업자 건강과 방제 효과라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있을 것으로 기대하고 있다.

스마트 온실 방제 로봇은 「스마트 온실 로봇을 위한 농약 자동 공급 장치 및 그 동작 방법」으로 산업재산권 출원을 완료했으며 기술 이전을 통해 농가에 보급할 계획이다. 현재는 전북 익산에 있는 토마토농장에서 현장 실증을 진행 중으로, 김경철 연구사는 토마토농장에 지속적으로 방문하고 연락하면서 기술을 고도화하고 있다.

“최대 작업 시간, 농약 방제 최소 유량, 로봇 반복 작업 시 이상 작동 여부, 로봇이 부딪치는 특수한 환경 설정에 따른 작동 등을 면밀하게 실증하고 있습니다. 또한 농가에서 안전하게 방제 로봇을 활용하고 사용 빈도를 높이기 위해서는 사용방법과 성능정보에 대한 교육도 필요합니다. 현장 보급까지 이러한 부분들을 함께 준비해 나갈 계획입니다.”

김경철 연구사는 3세대 스마트팜 핵심 기술인 농업로봇이 현장에 더 많이 활용될 수 있도록 2023년부터 스마트 온실 방제 로봇을 비롯해 운반 로봇, 모니터링 로봇, 수확로봇에 대한 농업 현장실증 연구를 본격화할 예정이다. 다양한 농업로봇을 농업현장에 보급·확대한다면 새로운 농업 관련 시장을 창출할 것으로 기대된다.

“현재 농업 생산 인력 감소와 외국인 근로자의 수급 불안정 등 농업환경 변화에 대응하고, 농가 소득을 올리기 위해서는 로봇과 인공지능이 적용된 기술 확보가 필요합니다. 지속 가능한 농업기술을 위한 농업로봇 개발은 지금부터가 시작입니다. 많은 관심과 응원 부탁드립니다.”

미립 방제는 효과가 높지만 액체 입자가 작은 만큼 호흡기와 피부로 흡수되는 양도 증가해 현장에서 사용하기 어려웠다. 하지만 이번 스마트 온실 방제 로봇 개발로 작업자 없이 미립 방제가 가능해 작업자 건강과 방제 효과라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있을 것으로 기대하고 있다.