토마토, 파프리카 구분…AI 로봇, 혼자 모종 옮겨 심는다

한국생산기술연구원

2개의 로봇 팔로 모종을 이식하고 있는 정식로봇. 생기원 제공.

농가 인구가 줄면서 농업 인력 부족 문제를 해결할 수 있는 대안으로 스마트팜이 확대되고 있다. 국내 연구진이 사람의 도움 없이 혼자 모종을 옮겨 심을 수 있는 자동화 로봇을 도입한 스마트팜을 선보였다. 

한국생산기술연구원은 양승환 특수목적로봇그룹 수석연구원 연구팀이 로봇전문업체 ‘코보시스’, 전동특수차전문업체 ‘화인특장’과 함께 무인 자동화 스마트팜 정식로봇을 공동 개발했다고 17일 밝혔다. 

통계청 자료에 의하면 국내 농가 인구는 2012년 291만1000명에서 2022년 216만5000명으로 10년간 74만9000명이 감소했다. 반면 3ha(헥타르, 1ha=1만㎡) 이상의 대규모 시설재배 농가는 2012년 728개에서 2022년 850개로 오히려 17% 증가했다. 시설재배 면적이 넓으면 인력이 더 많이 필요한데 최근에는 로봇을 도입하는 추세다. 

연구팀이 개발한 로봇은 로봇팔과 자율주행 이동체로 구성된다. 한쪽 로봇 팔은 모판에서 모종을 뽑아내고 다른 팔은 재배용 배지를 파낸 후 모종을 옮겨 심는 자동화 로봇이다. 사람의 도움 없이 독자적으로 모종을 옮겨 심을 수 있다. 

사람이 모판을 들고 다니며 ‘코코피트 배지’라고 불리는 인공 토양에 모종을 일일이 옮겨 심는 ‘정식(定植) 작업’은 4~5개월에 한 번씩 2~3일간만 진행된다. 이처럼 단기간 일하는 인력을 구하기 어렵지만 모종 심기 영역에 로봇이 아직 적용되지 않고 있는 이유는 기계화하기에 생각보다 어려운 영역이기 때문이다. 여린 모종을 단단한 배지에 옮겨 심는 작업은 단순해 보여도 섬세함과 근력을 동시에 요구한다. 

연구팀이 개발한 무인 자동화 스마트팜 정식로봇은 모판에서 개별 모종의 위치를 파악해 한 개씩 뽑아낼 수 있다. 또 옮겨 심어야 할 배지의 위치를 인식해 파낸 후 뽑아낸 모종을 심는다. 한 재배 라인의 모종 정식이 끝나면 자율주행 이동체가 다음 재배 라인의 정식 위치로 이동해 순차적으로 작업을 수행한다. 

정식로봇이 모종의 위치와 정식할 배지의 위치를 정확히 인식할 수 있는 것은 인공지능(AI)을 활용한 영상 인식 기술 덕분이다. 토마토 모종과 파프리카 모종의 형상은 서로 다르고 같은 품종도 형상이 조금씩 다르기 때문에 연구팀은 AI 학습을 통해 잎과 줄기 모양, 숫자, 높이가 각기 다른 다양한 모종 형태를 인식할 수 있게 만들었다. 

코코피트 배지는 길이, 두께, 배지를 감싸는 비닐의 무늬와 색상, 모종을 심을 구멍의 크기 등이 다양한데 이러한 개별 특성을 파악해 모종을 심을 위치를 인식하고 해당 위치를 스스로 찾아 자동으로 정식할 수 있다. 

양승환 수석연구원은 “정식로봇이 구현된 자율주행 이동체는 다양한 스마트팜 농작업에 적용할 수 있도록 개발됐다”며 “조만간 청소로봇, 적엽로봇, 방제로봇, 인식로봇을 순차적으로 공개할 계획”이라고 밝혔다. 

연구팀의 정식로봇은 지난 9~12일 미국 라스베이거스에서 열린 ‘2024 국제가전박람회(CES)’에서 최종 공개됐으며 미국 로봇 전문기업과 공급 관련 MOU 체결이 이뤄졌다. 

‘2024 CES’에서 정식로봇을 처음으로 공개한 공동 연구팀. 생기원 제공.

[문세영 기자 moon09@donga.com]