농업용 드론 어디까지 왔나?

산업 혁신을 이끌어가는 농업

무인비행기(UAVs), 일반적으로 드론으로 알려져 있는 이 장비는 1980년대부터 상업적으로 사용되기 시작했다. 최근 정부 규제가 완화되고 기술개발에 대한 투자가 확대되면서 드론의 사용 영역은 빠르게 넓어지고 있다.

아마존(Amazon), UPS, DHL, 캐나다 로열메일에서는 드론을 배송에 활용하기 위한 테스트가 진행 중에 있고, 마이크로소프트는 드론 시뮬레이터를 개발하여 드론 사용자들이 다양한 위험 상황에 대응할 수 있도록 준비하고 있다. 두바이 교통국에서는 승객을 실어 나를 수 있는 드론을 금년 여름부터 상용화하겠다는 계획을 발표하였고, 영국 정부는 NASA와 협력하여 드론 관제시스템에 대한 논의를 시작했다. 이외에도 도로, 교량, 철도, 전력망, 건축물의 검사에 드론이 광범위하게 활용되고 있다(2).  

그렇지만 드론이 가장 광범위하게 활용되고 있는 곳은 농업 분야이다. 쥬니퍼 리서치는 2016년에 판매된 드론 중 46%가 농업용 드론으로 추정하였으며, 국제무인비행시스템협회(AUVSI)에 따르면 미래 상업용 드론 시장의 80%는 농업용 드론이 차지할 것으로 예측하였다.

 

농업용 드론, 검정을 위해 시험 비행을 하고 있다.

미래는 농업용 드론이 대세

드론에 대한 관심이 높아지면서 여러 회사들이 새로운 비즈니스 분야에 뛰어들고 있다. 전 산업분야를 통틀어 드론이 창출하는 시장규모는 1,270억 달러(약 152조 원) 이상으로 추정되었다. 이 중 농업용 드론이 가장 유망한 분야로 분석되었는다. 농업이 직면하고 있는 여러 도전과제들을 극복하는 데 드론이 큰 역할을 할 것으로 기대하기 때문이다.

세계 인구는 2050년 이면 90억 명을 넘어갈 것으로 예상되는 데, 전문가들은 농산물 소비는 같은 기간 동안 70%가 늘어날 것으로 추정하였다. 이에 더하여 기후변화로 인한 이상기상 빈도가 증가하면서 농업 생산성을 유지하기가 점점 더 어려워질 것이다. 늘어나는 농산물 수요를 충족하고 농업의 지속가능성을 확보하기 위해서는 혁신적인 기술의 채용이 불가피하다. 정부 및 관련 전문가들은 드론이 그 혁신의 중요한 축을 담당할 할 것으로 전망하고 있다.

우리나라에서도 농약 살포에 사용되는 드론이 빠르게 늘어나고 있다. 업체 관계자에 따르면 현재까지 1,000 대 가까운 농업용 드론이 판매되었을 것으로 추정하고 있다. 내년부터 드론에 대한 정부 보조가 확대되면 농업용 드론 보급 속도는 더욱 빨라질 것이다.

벼농사뿐만 아니라 콩, 채소 등 수많은 밭작물 방제에 농업용 드론이 활발하게 운용되고 있다. 이제 농촌에서 드론을 보는 일은 곧 익숙한 장면이 될 것이다. 드론이 농작업의 상당 부분을 대체하게 된다면 기존의 농기계에서 운영되던 수많은 자재들 또한 따라서 변해야 한다는 것을 의미한다. 누가 더 잘 준비하느냐가 기업의 성장과 생존에 큰 영향을 미치게 될 것이다. 드론은 농업 가치사슬 전반을 변화시킬 전망이다.

작물 관측용 드론 @MIT Tech Review (https://goo.gl/Zki9KJ)

농업용 드론의 활용 분야

드론은 농업을 하이테크 산업으로 변모시키고 있다. 드론에 달린 카메라를 이용하여 실시간으로 생육정보를 취득하고, 이를 바탕으로 실시간으로 농업 생산 및 유통 전략을 수립할 수 있게 한다. PwC에서는 농업분야에서 드론관 연관된 시장 규모를 320.4억 달러(약 38조 원)로 추정하고 있다. PwC에서 예상하고 있는 농업용 드론 활용분야 - 드론을 이용한 공중과 지상의 비즈니스를 모두 포함 -는 다음과 같다(3).

1. 토양 및 농경지 조사 : 드론을 이용하여 초기 단계에서 정확한 3-D 지도를 작성한다. 이를 이용하여 토양 상태에 따라 종자 뿌리는 패턴을 달리 적용하여 종자 사용 효율을 높일 수 있다. 파종 후에는 드론을 활용하여 토양 상태를 분석하고 이를 바탕으로 농경지 관개와 질소 시비 수준을 관리한다. 미래 농사는 드론으로부터 시작될 것이다.

2. 파종 : 여러 스타트업들이 드론 파종시스템을 활용하여 비료 흡수 효율을 75% 끌어올렸고, 비용은 85% 절감하였다. 종자 포드(pod)와 식물 양분을 함께 토양에 뿌려 식물 생육 전기간에 필요한 양분을 공급하는 시스템이 폭넓게 활용될 전망이다.

3. 살포 : 거리측정기-  초음파 또는 LiDAR 방법을 사용하는 - 를 이용하여 드론의 고도를  식물의 키와 지형에 따라 자동으로 조정하여 충돌을 피할 수 있다. 결과적으로 드론은 지표면을 스캔하여 고도를 실시간으로 일정하게 조정하여 정확한 양의 액체를 살포할 것이다. 이 기술을 통해 살포 효율을 높여 농약 살포량을 절감할 수 있고 또 이를 통해 수질이나 지하수 오염을 경감할 수 있다. 전문가들은 드론을 활용함으로써 전통적인 살포방법에 비해 다섯 배나 더 효율적으로 살포 작업을 수행할 수 있다고 계산하였다. 환경오염을 줄이는 데도 도움이 된다.

농업용 드론을 활용한 농작업 맵핑 @Best drone for the job (https://goo.gl/JgzOGw)

4. 작물 모니터링 : 넓은 농경지와 부실한 작물 모니터링은 농사의 가장 큰 장애요인이다. 모니터링의 문제는  날씨 예측이 어려울 때 더 크게 나타난다. 이는 곧 리스크 관리 및 농장 관리 비용 상승으로 이어진다. 예전에는 위성사진이 농장을 모니터링하는 가장 진보된 기술이었다. 그러나 거기에는 단점이 있었는데, 이미지가 사전에 주문되어야 하고, 하루에 한 번만 취득 가능하고, 그럼에도 불구하고 부정확했다. 여기에 더하여 서비스 비용은 매우 비샀고 이미지 해상도는 기상조건에 따라 나쁜 날도 많았다. 드론을 이용해 정기적으로 작물생육 상황을 촬영해 놓으면 타임시리즈 애니메이션처럼 특정한 날의 작물 성장 상태를 정확하게 파악할 수 있다. 이를 통해 생산의 비효율성을 파악하여 작물을 더 잘 관리하는 것은 물론, 이상기상에 따른 농작물 피해 보상에도 활용이 가능하다.

5. 관개: 초분광, 다파장 또는 열센서를 장착한 드론은 농장의 어느 부분에서 수분이 부족한지, 또는 추가적인 작업이 필요한지를 파악할 수 있다. 드론의 이미지 센서를 활용하면 작물의 성장속도, 생육상황을 정확하게 측정할 수 있다. 이를 작물생육 인덱스로 만들면 과학적인 농장관리가 가능하다.

6. 작물생육 평가 : 작물의 생육 상태를 측정하고, 나무에서 균 또는 곰팡이의 감염 부위를 특정하는 일은 농장관리에 중요한 요소이다. 드론에 부착된 카메라에서 가시광선과 근적외선(NIR)을 동시에 조사하여 작물을 스캔하고  반사되는 초록색과 NIR 파장 간 차이를 이용하여 다파장 스펙트럼 이미지를 생성한다. 이 차이를 작물의 상태변화를 추적하는 데 활용할 수 있다.

농장으로부터 얻어진 다파장 스펙트럼 정보를 활용하면 병해충 발생에 신속히 대응하여 생산성을 높일 수 있다. 또한 과수원에서는 이상이 있는 과수나무를 조기에 치료하여 과수의 품질과 수량을 높인다. 그리고 작물 생육이 잘못되어 보험을 청구할 때도 증빙과 서류 작업을 좀 더 쉽게 할 수 있다.

다양한 측정장비와 카메라를 탑재한 드론 @PixaBay

농업용 드론의 현재

우리나라에서 농업용 드론은 대부분 살포용으로 사용된다. 농업기술실용화재단에서 농업용 드론 점정을 담당하고 있다.  2016년까지 14 기종의 살포용 드론이 검정을 받았다. 이외에도 입자를 살포할 수 있는 드론도 곧 검정을 받을 예정이다.

농업과학원에서는 고정익 드론을 이용하여 농경지 맵핑(Mapping) 연구를 수행하고 있으나 아직 우리나라에서 농업용 드론을 활용한 농장 모니터링은 연구단계에 머무르고 있다. 그렇지만 산림 모니터링에 농업용 드론이 사용될 가능성은 매우 높다. 특히 산림 방제에는 이미 드론이 일부 사용되고 있다. 전체적으로 우리나라에는 1,000대 가까운 농업용 드론이 이미 보급된 것으로 추정되고 있다. 드론에 대한 정부지원이 확대되면 이 속도는 더 빠르게 늘어날 것이다.

우리나라 드론 관련 업체는 150개 정도로 추정되고 있고, 이 중 40여 개 업체에서 농업용 드론을 제조한다. 주로 중국에서 부품을 수입한 후 국내 부품을 함께 조합하여 제조하는 방식이다. 아직 드론의 비행성능 안정화에 많이 주력하고 있고 농작업 성능 향상에는 기술개발 여지가 많다. 특히 소프트웨어 분야에서는 많은 투자가 필요하다. 이 부분도 결국 하드웨어가 아니라 소프트웨어에서 승부가 날 것이기 때문이다.

드론, 농업기술 혁신을 이끄는 촉매가 될 수 있을까?

드론은 다른 농기계와 같이 또 하나의 장비라고 폄훼할 수도 있다. 그렇지만 드론은 또 하나의 농기계로만 머무르지는 않을 전망이다. 그보단 좀 더 큰 역할을 할 것이라고 기대하기 때문이다. 농업 혁신을 이끌 촉매가 될 수도 있다.

드론은 농약이나 종자 살포처럼 기존의 농작업을 편리하게 대체하여 농촌의 노동력 부족을 상당 부분 해소할 것이다. 이를 통해 신기술에 밝은 젊은이들에게는 새로운 비즈니스 기회를 열어 줄 것이다.

더 근본적으로는 예찰 및 관찰용 드론의 활약이다. 드론을 통해 실시간으로 수집되는 정보는 클라우드에 저장되고 이미지 분석 기술과 결합하여 농작물의 재배면적 및 실시간 작물 생육상황 분석기술과 결합하여 농산물 수급조절에도 활용될 것이다. 구글과 바이엘, 존디어 등 수많은 글로벌 기업들 역시 농업을 데이터 파밍(data farming)으로 바꾸기 위해 과감하게 투자하고 있다.

또 다른 미래를 상상해보자. 현재의 드론이 개별적으로 움직인다면 미래에는 떼를 지어 이동하면서 모니터링과 방제작업을 동시에 수행할 수도 있을 것이다. 이는 국내에서는 크게 유용하진 않겠지만 외국의 대규모 농장에는 꼭 필요한 기술이다. 뿐만 아니라 드론과 무인 트랙터가 짝을 이뤄 작물의 모니터링과 농작업을 동시에 수행하는 방식도 상상해볼 수 있다. 실제 시도되고 있는 기술이다.

10kg의 물탱크를 부착한 드론, 노즐을 통해 물을 뿌리고 있다.

그럼 무엇이 드론의 농업적 이용을 늦추고 있는 것일까. 농업뿐만 아니라 산업분야에서 드론의 확산을 막는 장벽으로 드론의 안전성, 프라이버시 이슈, 보험의 커버리지, 규제 등을 들 수 있다. 반면에 농업분야에서는 수집되는 데이터의 질이 가장 큰 이슈가 될 전망이다. 이 문제는 수분의 영향을 최소화할 수 있는 센서와 다양한 파장의 카메라를 장착함으로써 해결 가능 한데, 이는 R&D 투자가 필요한 분야이다. 뿐만 아니라 최소한의 교육훈련만으로도 드론을 조종할 수 있도록 높은 수준의 자동화 기술도 필요하다.

농업에 대한 사람들의 인식과는 달리 농업은 첨단기술이 적용되고 시험되는 최적의 플랫폼이다. 여기서 개발된 기술은 타 산업분야로 폭넓게 활용될 수 있다. 아직은 무주공산이다. 상상력과 실력을 겸비한 청춘들에게 농산업은 여전히 좋은 기회의 장이다.

참고 및 인용

1. 표제부 사진은 DJI MG-1S의 홍보 동영상에서 캡처

2. 22 companies using drones right now: Amazon, Asda, the BBC and more - Here's how drones are being used in 2017 (https://goo.gl/WpNS55)

3. Six Ways Drones Are Revolutionizing Agriculture (2016.7.20.)

* 추후 계속 업데이트될 예정입니다.