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수확로봇
수확로봇은 사람의 도움 없이 스스로 작물을 수확하는 인공지능 로봇이다.
종류
일본 애그리스트
지난 2019년 10월 설립된 애그리스트는 피망 수확로봇 엘(L)을 개발했다. 피망 수확 로봇은 온실 상단에 설치한 케이블에 매달려 이동한다. 모바일 로봇은 온보드 스카라 매니퓰레이터와 비전 시스템을 탑재하고 있다. 수확 로봇은 이동 중에 인공지능과 비전 카메라를 이용해 수확할 피망을 선별하고, 그리퍼로 픽킹한다. 수확한 피망은 보관용 박스에 한꺼번에 방출할 수 있다. 피망은 줄기에서 임의의 방향으로 자라기 때문에 수확을 위해 많은 숙련된 노동력이 필요하다. 하지만 엘 로봇은 수정 없이 기존 농장 레이아웃에 맞게 설계되어, 농부들이 AI 수확에 더 쉽게 접근할 수 있다. 이 로봇은 비전 카메라, AI 알고리즘 및 인식 모델을 통해 작동한다. 농장을 순찰하면서 3D 데이터를 수집해 고추가 성숙하는 데 필요한 일수를 분석하고, 작물의 양을 예측하며 성장을 최적화하는 방법에 대한 분석을 제공한다. 애그리스트는 이 로봇이 노동력이 부족한 농가에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대하고 있다. 애그리스트는 일본 경제산업성과 일본기계공업연합회가 공동 주최한 로봇대상에서 농림수산대신상을 수상했으며, CES 2023의 혁신상도 수상했다.[1]
스위스 스위퍼
스위퍼는 네덜란드 와헤닌겐 대학 연구팀이 개발하고있는 세계 최초의 파프리카 수확로봇이다. 온실 자율 주행하면서 로봇 팔에 내장 된 카메라로 파프리카의 열매를 감지하고 색상에서 숙도를 평가 한 후 열매를 손상시키지 않고 그리퍼 따기 수확 컨테이너로 이동시키는 구조다. LED 플래시 라이트가 장착되어 있기 때문에 밤낮을 가리지 않고 작업 할 수있는 것이 장점이다.[2] 스위퍼는 상업용 온실에서 활용될 수 있도록 설계된 로봇으로, 파프리카를 따는데 필요한 엔드이펙터(end effector, 로봇이 작업 대상에 직접 작용할 수 있도록 기능을 하는 부분)를 가진 팔과 자율 이동 플랫폼으로 구성돼있다. 온종일 파프리카를 수확하는 테스트에서 무려 62%의 정확도를 달성했다. 실험실에서 진행된 실험에서도 1개를 수확하는 데 15초도 걸리지 않은 것으로 나타났다. 스위퍼가 수행하는 시간이 가장 많이 걸린 작업은 수확한 파프리카를 용기에 담는 일이었다. 개발자들은 안전 문제를 이유로 로봇의 작업을 약간 느리게 유지하고 있다고 설명했는데, 하지만 인건비가 비싸고 노동력이 부족할 때 농가에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
CORDIS는 스위퍼 프로젝트를 진행하는데 CROPS 소프트웨어를 활용했다. CROPS는 '작물 수확을 위한 영리한 로봇'이라는 의미로, 그리퍼와 센서를 비롯한 스프레이어, 그리고 알고리즘 등의 지능적인 도구들이 포함돼있다. CROPS 로봇 플랫폼은 장소 맞춤형의 스프레이 작업 수행이 가능하다. 열매를 감지하고 성숙도를 판단한 뒤, 열매가 있는 쪽으로 이동해 부드럽게 잡은 뒤에 수확하는 과정이다. 소프트웨어는 또한, 로봇이 장애물을 인식할 수 있어 충돌이 없는 열매쪽으로 경로를 계산할 수 있다. CROPS의 연구원인 잔 본트세마 박사는 "로봇 시스템 도입이 농부들에게 고품질 수확을 가져다줄 수 있는 선택적 수확 기회를 제공할 뿐만 아니라 안전성도 향상할 수 있다"고 평가했다. 향후에는 트롤리와 컨베이어 벨트도 탑재한다는 계획이다. 또한 연구팀은 채소 포장과 수확 후 과정을 모두 자동화하는 방법도 모색중이다. 만일 이러한 계획이 모두 성공적으로 진행된다면, 농부들이 온실에서 직면할 수 있는 몇 가지의 문제들을 해결할 수 있을 것이라는 기대다. 게다가 인건비와 품질, 식품 안전 문제도 해결할 수 있을 것으로 보인다. 스위퍼 개발에는 이스라엘을 비롯해 스웨덴, 벨기에, 네덜란드의 4개국 6개 파트너사가 협력했다. 파트너로는 원예 엔지니어링과 온실 작물 관리, 머신 비전, 지능형 시스템, 시스템 통합 및 소프트웨어 아키텍처를 비롯한 다양한 분야의 전문가들이 참여했다.[3]
독일 프라운호퍼연구회
독일에서 피클용으로 재배되는 오이는 플라이어(flyers)라는 이름을 가진 날개가 부착된 농기계의 도움을 받아 수확된다. 수확철에 인부들은 이 농기계 날개 위에서 잘 익은 오이를 수확한다. 노동집약적이지만 경제적이라고는 볼 수 없는 방식이다. 게다가 독일 정부가 최저 임금을 도입한 뒤 단위 수확 비용도 높아졌다. 이런 이유로 오이 재배 지역이 이미 동유럽이나 인도 등으로 옮겨 갔다. 오이 경작을 경제적으로 할 수 있는 기술이 필요해졌다. 프라운호퍼연구회는 유럽연합의 오이 수확 자동화 연구 프로젝트(CATCH)의 일환으로 오이 수확 로봇을 개발하는 데 나선 것이다. CATCH 프로젝트에 참여한 연구자들은 저렴한 경량 모듈로 구성된 두 팔 달린 로봇시스템을 개발하고 테스트에 나서고 있다. 궁극적인 목표는 오이 수확과 재배를 자동화 시스템으로 구현하는 것이다. 물론 비용이 저렴하고 성능이 좋고 신뢰성이 높아야 한다. 또 날씨가 좋지 않아도 오이를 먼저 식별하고 2개의 팔을 사용해 오이가 으스러지지 않도록 집을 수 있어야 한다. 이를 위해 로봇에 적용된 팔에 최첨단 촉각 인식 시스템을 적용하고 주변 조건에 적응할 수 있도록 했다. 또한 사람의 움직임을 모사해 로봇 시스템이 오이를 효율적으로 수확하는 데도 힘을 썼다. 로봇이 작물을 손상시키지 않고 뿌리를 흙에서 뽑지 않도록 하는 데도 신경써야 했다. 이뿐만이 아니다. 1분당 최소 13개의 오이를 수확할 수 있는 숙련된 인부만큼 효율적으로 작업을 할 수 있어야 한다. 이같은 모든 조건을 충족하는 로봇 시스템 개발은 쉬운 게 아니다. 연구진이 개발한 로봇은 무작위로 식물이 널려 있는 곳에서 오이를 정확하게 식별해야 한다. 또 다양한 조명 조건에서도 이같은 임무를 수행할 수 있어야 한다. 연구진은 다중 스펙트럼 카메라와 지능형 이미지 처리 기술을 이용해 오이의 위치를 파악하고 로봇 팔을 이용해 오이를 뽑을 수 있도록 하는 데 성공했다. 로봇에 적용된 카메라 시스템은 오이 식별 성공률이 약 95%에 달했다. 연구진은 향후 단순히 오이만 식별하는 게 아니라 ‘잘 익은’ 오이만 식별할 수 있도록 기술을 개발한다는 계획이다. 프라운호퍼 연구회 IPK의 전문가들은 오이를 수확하는 로봇의 행동을 계획, 프로그래밍, 제어할 수 있다. 사전 프로그래밍을 통해 만들어진 행동 패턴으로 오이를 찾고 잘 익은 오이만 식별해서 오이 뿌리와 가지를 손상시키지 않고 수확할 수 있도록 한 것이다.[4][5]
한국기계연구원 다수 로봇시스템
한국기계연구원 AI로봇 연구본부 로봇메카트로닉스연구실 최태용 책임연구원 연구팀이 인력 부족이 심각한 농업 현장에서 사람을 도와 작물을 자동으로 수확하고, 수확한 작물을 자율주행을 통해 하역장으로 나를 수 있는, 원예작물 수확을 위한 다수 로봇 시스템을 개발했다. 수확 로봇과 이송 로봇으로 구성된 원예작물 수확용 다수 로봇 시스템은 인력난이 극심해져 농사를 짓고도 수확을 못해 갈아엎는 농업 현장의 어려움을 해결하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 원예시설 전체 공정의 수확과 이송 과정을 전자동화하여 수확뿐만 아니라 농업 현장의 다양한 노동집약 작업을 무인화할 수 있는 가능성을 보여주었다. 농업 환경은 로봇을 적용하기에 복잡하고 변화가 심해 요구 기술의 수준이 매우 높다. 시설원예 환경의 수확을 위한 로봇 연구가 초기 연구수준에 머물러 있었던 것도 이 때문이다. 기존 원예작물 수확을 위한 로봇 기술은 단일 작물 수확 기능 구현에 국한돼 있었다. 네덜란드의 스위퍼(SWEEPER) 로봇은 파프리카만을 수확하기 위해 개발되었고, 국내에서는 딸기, 오이, 참외 등의 수확 전용 로봇이 개발되고 있다.[6]
반면, 기계연구원이 개발한 원예작물 수확을 위한 다수 로봇 시스템은 단순히 수확에는 그치는 것이 아니라 다수의 로봇 기반 수확-운반 연계 기술을 구축하여 원예시설 전체에 대한 작물 수확 작업의 자동화가 가능하도록 했다. 실제 작물을 수확하는 작물 수확 로봇과 수확한 작물을 후방으로 운반하는 이송 로봇으로 구성되어 있으며, 대수의 제한은 없어 복수의 수확 로봇이 작물 수확을 동시에 하고, 복수의 이송 로봇이 후방으로 나르는 것이 가능하다. 특히 수확 로봇은 기계연구원의 첨단 기계기술과 인공지능 기술을 적용하여 시설원예 환경에서 작물의 정보를 높은 속도와 정밀도로 인식하고, 로봇팔과 직접 개발한 고파워 로봇손을 이용하여 질긴 작물도 무리 없이 수확하도록 했다. 또한 이송 로봇은 시설원예 환경에서 정밀 자율주행이 가능하다. 수확 로봇은 작물의 위치와 자세를 인식하는 인공지능(AI) 기술을 적용하여 정확하게 작물의 위치를 인식하고, 인식한 작물은 특수 제작한 수확용 로봇손을 이용하여 수확한다. 수확한 작물은 수확 로봇에 임시 저장하였다가, 박스가 어느 정도 차면 이송 로봇을 불러 작물을 전달한다. 연구팀은 작물인식률 90 % 이상, 24시간 동작을 가정하여 사람 대비 80 % 효율로 작물 수확이 가능하도록 개발하는 데에 성공했다.[7]
각주
- ↑ 장길수 기자, 〈일본 농업용 로봇 스타트업 '애그리스트', 피망 수확 로봇 CES 2023 출품〉, 《로봇신문》, 2023-01-03
- ↑ 임지혜 기자, 〈파프리카 수확 로봇 '스위퍼' 탄생〉, 《스마트에프엔》, 2018-10-19
- ↑ 소윤서 기자, 〈파프리카 따는 로봇 '스위퍼', 인건비 감소와 안정성에 기여〉, 《Ai타임스》, 2019-04-08
- ↑ 〈독일 프라운호퍼연구회 - 잘 익은 오이만 수확하는 '로봇 시스템'〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ Katharina Strohmeier, 〈Lightweight robots harvest cucumbers〉, 《Fraunhofer》, 2018-02-01
- ↑ 기계기술, 〈‘원예작물 수확·이송 전자동화 로봇 시스템’ 개발··농촌의 일손 부족 문제 해결〉, 《네이버 포스트》, 2023-03-15
- ↑ 이유진 기자, 〈스스로 수확하고 운반···'로봇농부' 나왔다〉, 《헬로디디》, 2023-03-09
참고자료
- 〈독일 프라운호퍼연구회 - 잘 익은 오이만 수확하는 '로봇 시스템'〉, 《네이버 지식백과》
- Katharina Strohmeier, 〈Lightweight robots harvest cucumbers〉, 《Fraunhofer》, 2018-02-01
- 소윤서 기자, 〈파프리카 따는 로봇 '스위퍼', 인건비 감소와 안정성에 기여〉, 《Ai타임스》, 2019-04-08
- 장길수 기자, 〈일본 농업용 로봇 스타트업 '애그리스트', 피망 수확 로봇 CES 2023 출품〉, 《로봇신문》, 2023-01-03
- 이유진 기자, 〈스스로 수확하고 운반···'로봇농부' 나왔다〉, 《헬로디디》, 2023-03-09
- 기계기술, 〈‘원예작물 수확·이송 전자동화 로봇 시스템’ 개발··농촌의 일손 부족 문제 해결〉, 《네이버 포스트》, 2023-03-15
같이 보기
