한국산업기술평가관리원 박현섭 로봇PD와 국립농업과학원 김상철 연구관이 우리 농업과 로봇에 대해 전망한 보고서를 발표했다. 지식과 정보, 기술 융합의 시대를 맞아 10년 내 가장 유망한 산업이자 우리나라의 가장 취약한 산업인 농업의 경쟁력 확보를 위해 로봇기술 적용 관점에서 조망한 본보고서는 세계농업의 로봇화를 이끄는 동인(動因)을 파악하고, 선제적 산업화 기술개발을 통한 농업과 로봇 연관 산업의 동반성장 모색을 모색하며, 로봇기술을 통한 영농방법 혁신과 농업로봇의 글로벌 제품화를 위한 기술개발 전략과 정책방향을 제언한다.
1. 개요
1)농업로봇의 정의 및 범위
농업로봇이란 유통, 소비의 전과정에서 스스로 서비스 환경을 인식(Perception)하고, 상황을 판단(Cognition)하여 자율적인 동작(Mobility & Manipulation)을 통해 지능화된 작업이나 서비스를 제공하는 기계이다.
농업용 로봇산업은 전문서비스용 로봇산업 분류에 속해 있으며 농업 생산과 소비, 유통과 경영 등의 전과정에서 자율적인 기능을 통해 농작업이나 농업 관련 서비스를 제공하는 로봇을 제조하는 산업으로 정의한다.
2) 산업 및 제품의 특징
로봇산업은 전후방 산업과의 연관 및 시장 선점효과가 큰 대표적 융·복합 산업으로, 로봇기술은 지능화, 시스템화 기술로서 타 분야에 대한 기술적 파급효과가 크고, 로봇기술의 활용은 신기술 분야의 산업화를 촉진한다.
2. 산업환경과 트렌드의 변화
1) 농업·농촌 여건 변화
농업 및 농촌 여건은 FTA 확산으로 글로벌 경쟁이 심화되는 한편 수출을 통한 시장 접근성이 확대 되는 등 위기와 기회가 공존하는 상태이다.
이러한 상황에서 정보통신·바이오·에너지 분야 기술과의 융·복합을 통한 새로운 성장산업이 등장, 고부가가치 新시장 창출의 기회 확대로 이어졌다.
또한 지구 온난화, 기상 이변의 빈발이 농업생산의 감소를 야기하는 한편, 새로운 소득 작목·품종 개발의 기회로 작용하고 있으며, 자연친화적 삶 추구, 농업·농촌 관련 新가치 문화가 확산되면서 교통 발달, 농촌 정주여건 개선으로 베이비부머 뿐 아니라 젊은 세대의 농촌 거주가 늘어나고 청년층 농업창업 관심도 증가할 전망이다.
한국농업의 현주소를 살펴보면 원예·축산분야 성장에 힘입어 농업생산액은 다소 증가했으나, 국민경제에서 차지하는 농업의 비중과 곡물자급률은 감소 추세를 보이고 있으며, 농업경영주의 고령화가 심화되고, 중소농 비중이 크며, 전반적인 농가소득은 정체 상태에 처해 있다.
우리 농업은 현재 농업 내부 투자여력 부족으로 농가의 자본투자가 정체되고, 농업생산성은 다소 성장했으나 대외경쟁력과 기술 수준은 정체된 상태이다. 또한 농식품 수출이 다소 증가세를 나타내고 있으나 소비 정체와 가파른 수입 증가로 국내산 농산물의 위축이 우려되는 상황이다.
2) 산업환경과 가치사슬
▶산업환경
노동비용, 농산물 생산성, 부가가치, 작업 여건 및 생산 환경 개선 등 산업환경 변화에 따른 로봇 도입 시 비용대비효과 측면의 이점이 부각되면서 신규도입 가능 분야가 점차 확대되고 있고, 작업 실행측면에서는 인력 작업과 단순 기계작업의 중간 위치에서, 각각의 단점을 보완할 수 있어 로봇도입이 점차 확산되는 추세(착유로봇, 접목로봇 등)이다.
로봇화는 작업량과 복잡성을 기준으로 보면 전용 기계작업과 인력작업의 중간에 위치한다.
전용기계는 작업량이 일정규모 이상 많고 초기 투자를 회수할 수 있을 경우 비용대비 효과가 높으며, 수작업은 제품의 종류가 매일 바뀌거나 유연물을 포함하는 조립공정에서 로봇에 비해 유리
하다.
로봇화의 이점은 전용기계와 수작업이 비용대비 효과를 낼 수 없는 그림과 같은 상황에서 발생할 수 있다.
【로봇의 산업환경】
(a)작업량이 많아도, 작업의 복잡함이나 변동의 정도에 따라 로봇기술의 활용이 전용기계 이상의 효과를 낳는 경우
(b)작업이 복잡해도, 로봇기술을 도입하여 자동화 혹은 작업의 간소화(투입 에너지/기술력 절약)를 실현할 수 있는 경우
(c)작업 내용이 수작업의 숙련도로 따라갈 수 없을 만큼 빈번히 바뀌는 경우
▶가치사슬
로봇생산기업의 가치사슬 요소는 ‘로봇 부품 및 부분품’, ‘로봇시스템’, ‘로봇 임베디드’ 그리고 ‘로봇서비스’로 구분할 수 있다. 동일한 가치사슬 상에 있는 연관기업의 발전이 상호 기업과 기술 발전을 견인한다.
로봇부품 및 부분품은 생산 공정상 필요한 제품들로서, 최종 로봇을 생산하기 위하여 투입되는 모든 중간부품을 포함(GPS, IMU, LRF, 이미지 센서, 스마트 액추에이터, 로봇 OS, 임베디드 컨트롤러 등)한다. 또한 로봇 시스템은 로봇을 포함하여 기계, 장치, 시설 등이 효과적으로 조합되어 로봇 운용에 필요한 기능이 포함된 총체(DGPS 기준국+자율항법 로봇, 로봇 가이던스 시스템+작업로봇 등)를 말한다.
그리고 로봇 임베디드는 외형적으로는 로봇의 형상이 아니지만 로봇기술이 적용되어 있는 제품(방제용 헬리콥터, 자율주행 트랙터, 무인이앙기 등)이며, ‘로봇 서비스’는 로봇을 활용하여 사람에게 편리함을 주는 서비스 중심의 상품(로봇 제초, 무인 헬기 방제, 로봇 농기계 임대은행 등)을 일컫는다.
3. 국내외 개발 동향과 사업화 사례
1) 농업로봇 개발 동향
▶노지농업 로봇
자동화·로봇화·무인화 및 인간공학적 기술을 통해, 환경을 보전하면서도, 수확량은 줄이지 않고, 고품질 농산물을 생산할 수 있는 정밀농업용 기술이 빠른 속도로 실용화가 진행 중이다.
노지농업용 로봇은 트랙터, 콤바인, 관리기 등 전통 농기계와 로봇기술의 융합을 통해 새로운 로봇 농기계 형태로 진화해왔으며, 글로벌 농기계 시장에서 비중을 확대하고 있다.
국내 농업로봇 연구는 지능화된 로봇 농기계 개발의 일환으로 2000년 초부터 농촌진흥청이 ‘인공지능형 자율주행트랙터 개발’, ‘트랙터 무인 경운을 위한 작업경로의 생성과 성능평가 기술 개발’ 등 농기계 자동화, 지능화 시스템 개발을 추진하고 있다.
▶시설농업 로봇
구조화되고 제어된 환경과 산업용 로봇요소 활용을 통해 개발기간 단축이 가능함에 따라 비닐하우스, 유리온실, 식물공장 등에서 시설 자동화와 함께 로봇화를 추진하고 있다. 기후변화와 자연 재해의 증가로 농작물의 안정적 재배와 공급을 위해 시설농업 면적은 더욱 증가하고, 시설의 자동화·로봇화를 통해 생산시스템의 첨단화가 이루어질 전망이다.
시설농업은 태양광과 함께 고효율 형광등, LED램프 등으로 인공광을 사용하고, 식물성장에 필요한 이산화탄소는 탄산가스 발생장치로 생육환경을 만들어 주며, 온도는 지열 등 신재생에너지를 이용하여 공급한다. 또한 자양액은 토양성분과 유사하게 여러 가지 물질을 조제하여 재배되는 작물에 공급하게 되며, 파종에서 수확까지 대부분의 생산 공정에 로봇기술을 기반으로 한 자동화 기술들이 적용된다.
2) 전통 농기계의 로봇화 연구
급속히 발달하고 있는 생명공학, 전기, 전자, 통신 분야의 첨단기술들이 다양한 산업기술과 융합되고 있고, 전통 농업기계 및 농업생산시스템에도 로봇기술의 적용이 확대되고 있다.
영농의 정보화·무인화·로봇화로 농민의 지식과 노동력의 많은 부분이 기계로 옮겨지고, 원격 탐사와 컴퓨터 시스템이 결합된 고감도 센서들이 영농에 필요한 의사결정을 할 수 있도록 최적의 정보를 제공함으로써 환경적 제약요건을 극복하고 생산성을 향상할 수 있는 새로운 형태의 영농시스템이 지속가능한 미래농업의 새로운 패러다임으로 등장했다.
또한 전자와 기계, 정보공학 기술이 결합된 첨단 농업로봇은 유비쿼터스 시대의 도래와 함께 안방에서도 농사를 지을 수 있는 이른바 무인 농작업 시대로 진화하고 있다.
4. 산업분석 및 시장 전망
1) 농업로봇 부가가치 및 기술수준
농업용 로봇산업은 농작업의 기계화에서 반자율형 농업용 로봇으로, 그리고 완전 자율형 농업용 로봇으로 이어지는 단계적이고 시장 지향적인 기술개발 전략으로 서구 유럽과는 차별화된 블루오션 시장 개척이 필요하다.
중소형 규모 경지 경작에 적합한 지능형 트랙터 및 콤바인 로봇 플랫폼 개발에 집중하여 국내 뿐 아니라 농업 여건이 유사한 중국, 인도, 브라질 등 신흥 국가를 대상으로 수출시장을 확대하기 위한 전략도 중요하다.
2) 산업 내 기업분포
현재 전통적인 로봇 업체 주도의 기술 개발이 아닌 기존 농기계 전문 산업체의 제품군들에 대한 자동화, 무인화, 지능화 과정에서 로봇기술이 접목되고 있는 상황으로, 국외의 경우 연구실 수준에서는 제초, 시비, 수확, 방제 로봇 등이 시도되고 있으나, 본격적인 상용화는 이루어지지 않고 있으며, 착유로봇을 중심으로 로봇 기술의 농·축산 접목이 시도 중이다.
국내에서는 본격적인 로봇 기술의 적용은 아직 이루어지고 있지 않으며, LS엠트론이나 대동공업과 같은 기존 농기계 전문업체가 로봇기술을 적용한 스마트 트랙터 등에 관심을 보이고 있으며, 국가 주도의 소규모 과제가 진행 중인 상황이다.
한편 향후 예상되는 농·축산 로봇의 자력 개발과 세계 시장 선점을 위해서는 유관기관 간 협의체를 구성하는 한편 기술 공유 및 범부처 과제 도출을 통한 요소 기술을 확보하고 이 과정에 기존 농기계 기업들을 적극적으로 참여시킴으로써, 국내 농·축산 로봇을 보급, 확산시킴과 동시에 세계 농·축산 로봇 시장 진입을 위한 산업 생태계 조성이 필요하다.
3) 농업로봇 글로벌 시장 규모 및 전망
농축수산 분야 로봇시장은 2013년 9억 불 규모였고, 2020년까지 191억 불까지 급속하게 증가할 것으로 기대되는 상황이며, 그 대상은 제초, 방제, 수확 로봇이 될 것으로 예상(2014 Wintergreen Research Report)된다.
2012년 세계 필드농업용 농기계 시장 규모는 560억 불 정도로 로봇시장의 65배 이상이며 세계 TOP3 제조사가 이들 시장의 70% 이상을 점유하고 있고 이 중 20% 정도는 로봇기술이 적용되어 지능화된 트랙터, 콤바인, 임베디드 로봇 형태로 진화해왔다.
2012년 국내 농기계 시장 규모는 1조 원 내외로 대부분 국내 농업환경에 적합한 중소형 규모의 수동 조작 농기계가 대부분을 차지하고 있다.
그러나 지능화된 로봇 농기계 개발의 일환으로 2000년 초부터 농촌진흥청이 ‘인공지능형 자율주행 트랙터 개발’, ‘트랙터 무인 경운을 위한 작업경로의 생성과 성능평가 기술 개발’ 등 농기계 자동화, 지능화 시스템 개발을 추진하고 있다.
산업통상자원부에서는 시장창출형 로봇보급사업 일환으로 농업용 로봇 활용사업을 시작해 시설농업용 방제로봇, 식물생육 관리 로봇 등을 개발하고 검증을 마쳤으며, 파각란 판별로봇, 분화류 이식로봇, 농산물 구분적재로봇 등을 개발해 농업 현장에서 검증 중이다.
시설농업용 로봇으로는 농업선진국으로 수출하고 있는 농촌진흥청의 접목로봇을 비롯해 전북대의 파프리카 유리온실 방제로봇 등이 실용화됐다.
5. 시사점
먼저 농민들이 영농 현장에서 값싸고 손쉽게 정보를 교환하고 활용할 수 있도록 유무선 인터넷망, 정밀 측위보정을 위한 인프라 등 하드웨어 및 소프트웨어 인프라 구축과 국내 농업이 농업로봇 기반 체계로 이행을 효과적으로 지원하는 방안을 농림수산식품 과학기술기본계획에 포함해야 한다. 더불어 체계적 추진을 위한 정밀농업 기본계획 수립, 농업로봇이 획득한 정보와 농산물우수관리인증(GAP) 농산물의 재배이력 및 유통 정보를 융합하여 활용할 수 있는 전자 시스템 구축 등도 중요하다.
또한 농업과 로봇기술 융합을 기반으로 한 미래 농업모델이 필요한 시점이다.
