농업 혁신: 생산성 및 지속 가능성 향상을 위한 로봇공학의 역할

농업 산업은 항상 효율성을 개선하고 생산량을 늘리며 폐기물을 줄이는 방법을 찾고 있습니다. 이를 달성하는 방법 중 하나는 로봇을 활용하는 것입니다.

로봇공학은 실제로 농업 및 식품 생산 과정의 필수 요소가 되고 있습니다. 농업에서 로봇공학의 목표는 섹션 생산성 및 환경 지속 가능성을 향상시키는 것입니다.

농업 산업에서의 로봇공학 

로봇이 없는 전통적인 농업은 더 많은 시간이 소요되고 다양한 농업 프로세스를 처리하기 위해 상당한 인력이 필요합니다. 또한 날씨, 토양 상태 및 비료 사용에 대한 정확한 정보가 부족합니다. 현재 대부분의 농업 활동이 전통적인 방식으로 이루어지기 때문에 비수익적이고 비경제적인 농업이 발생하기 쉽습니다.

그 결과, 센서 기술, IoT, 데이터 관리 기술, 지능형 의사결정 알고리즘, 로봇공학, 드론 및 고급 메커니즘과 같은 첨단 AI 기반 시스템이 전통적인 농업 시스템을 대체하고 있습니다.

이러한 시스템은 농업 과정을 손쉽게 만들고, 시간 효율성을 높이며, 비용 효율적이고, 높은 생산성을 유지하고, 지속 가능하게 합니다.

이러한 농업 혁신은 생산량을 크게 늘려야 하는 필요성에 의해 촉진됩니다. 유엔이 세계 인구가 2050년까지 80억에서 97억으로 증가할 것으로 추정함에 따라, 농부들은 이 수요를 충족시키기 위해 심각한 압박을 받게 될 것입니다.

이 때문에 농업 로봇 시장은 2023년 135억 달러에서 2028년에는 400억 달러 이상으로 성장할 것으로 추정됩니다. MarketsandMarkets에 따르면. 또한 북미는 전자상거래, 식음료, 자동차, 제약 등 다양한 산업에서 자동화가 널리 도입되면서 현재 농업 로봇 산업의 주요 시장 점유율을 차지하고 있습니다. 

농업 분야에서 로봇공학의 적용

농업 로봇 시장은 거대한 잠재력을 가진 역동적인 환경입니다. 따라서 로봇이 농업 산업 내에서 수행하는 다양한 적용 사례를 살펴보겠습니다.

보다 단순한 작업부터 시작해, 무인 트랙터와 로봇은 씨앗 파종을 위한 운전자 중심 기계를 서서히 대체하고 있습니다. 여기서 머신 비전과 움직임 센서는 장애물을 피하면서 필드를 탐색하도록 협력합니다. 예를 들어, 자율 트랙터는 자율 주행 기술을 GPS 기반으로 사용하며, 머신 러닝을 통합해 트랙터가 새로운 장애물이나 동물을 인식하도록 계획하고 있습니다.

농장에서 로봇의 주요 활용 중 하나는 과일과 채소를 수확하고 포장하는 것입니다. 로봇이 달성할 수 있는 정확도와 속도 덕분에 수확량을 늘리고 폐기물을 줄일 수 있어, 수확 및 수확은 가장 인기 있는 로봇 적용 사례 중 하나입니다.

가축 사육과 관련된 반복 작업, 예를 들어 소를 착유하고 사료를 뿌리며 방목지를 모니터링하는 작업도 자동화할 수 있습니다. 느리고 반복적이며 지루한 작업을 자동화함으로써 농업 로봇은 농부들이 전체 생산량 향상에 더 집중할 수 있게 합니다. 

또한 로봇은 작물 모니터링 및 토양 pH 측정과 같은 복잡한 작업에도 사용되고 있습니다. 로봇은 가지치기, 잡초 제거, 살충제 살포 및 관개와 같은 작물 관리 작업을 수행하도록 프로그래밍될 수 있습니다.

잡초와 싸우기 위해 기업들은 컴퓨터 비전과 다양한 기계적 도구를 사용해 로봇이 화학 물질 대신 잡초를 뽑아낼 수 있게 합니다. 마찬가지로, 스마트 스프레이어는 컴퓨터 비전 카메라와 결합해 잡초를 식별하고 표적 제초제 적용을 수행합니다. 

농업 로봇공학의 혁신

혁신은 모든 분야에서 필수적이며, 농업에서도 새로운 기술인 로봇공학을 수용하는 것이 농업의 모습을 바꾸는 핵심 요소가 되고 있습니다. 결국, 세계 인구가 눈부신 속도로 증가함에 따라 농업 분야의 새로운 혁신이 필요해졌습니다.

1950년대 최초의 산업용 로봇이 발명된 이후 우리는 많은 발전을 이루었지만, 최근 몇 년 동안 농업 분야 로봇공학 응용의 혁신이 크게 진전되었습니다. 이제 농업 로봇공학의 주요 혁신들을 살펴보겠습니다.

농장 자동화

농장 자동화는 다음을 결합하여 인간의 투입과 오류를 줄입니다:

• 농업 기계
• 컴퓨터 시스템
• 전자 장비
• 화학 센서
• 데이터 관리 

자동 수확기와 자율 트랙터를 사용함으로써 농부들은 자원을 효율적으로 활용하고 더 높은 수확량을 생산하고 있습니다.

자동화는 이미 농업 프로세스의 주요 부분이지만, 향후 몇 년간 더욱 중요해짐에 따라 자동화 수준이 높아지면 농부들은 창의적이고 복잡하며 비즈니스의 다른 핵심 영역에 더 집중할 수 있게 됩니다. 또한 자동화 덕분에 대부분의 농부들은 이전보다 가족과 더 많은 시간을 보낼 수 있게 되었습니다.

농업 분야 GIS

농업 분야의 지리 정보 시스템(GIS)은 위성 등 기술을 활용해 작물 종류와 위치, 비료 수준, 토양 상태 및 관련 정보를 파악합니다. GIS 원격 감지 장치와 소프트웨어에서 생성된 데이터를 활용함으로써 농부들은 정보에 기반한 결정을 내릴 수 있습니다.

이 기술을 사용해 필드 내 최적의 작물 재배 위치를 결정하고 토양 영양을 개선하는 것 외에도, GIS 소프트웨어는 동물의 이동을 모니터링하여 가축의 건강, 번식 및 영양 관리에도 도움을 줄 수 있습니다.

수직 농업

새롭게 각광받는 농업 방식은 수직 농업 또는 실내 농업으로, 식물을 완전히 제어된 환경에서 재배합니다. 여기서는 수경재배, 아쿠아포닉, 에어로포닉 기술을 이용해 물, 빛, 영양분을 인공적으로 공급함으로써 식물의 모든 필요를 충족시킵니다.

제어된 환경 농업(CEA)은 물 소비를 크게 줄이고, 악천후로부터 식물을 보호하며, 공간 활용을 극대화해 신뢰할 수 있고 높은 수확량을 제공하면서 로봇을 활용한 수확 및 파종으로 자원을 효율적으로 사용하고 인건비를 절감합니다.

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드론

무인 항공기(드론)는 작물 모니터링에 점점 더 유용해지고 있습니다. 고급 센서를 활용해 드론은 식물 성장 상황을 모니터링하고, 질병 스트레스를 감지하며, 필드 온도를 확인하고, 원하는 위치에 살충제, 물 또는 비료를 살포할 수 있습니다. 이러한 장치는 이미지 촬영, 토양 비옥도 평가, 토양 품질 모니터링 및 가뭄이나 홍수와 같은 환경 요인으로부터 작물을 보호하는 데에도 사용됩니다.

한편, 가축 관리 분야에서는 드론이 초원을 관찰하고 넓은 토지에서 동물 이동을 추적하는 데 활용됩니다. 일부 드론은 열화상 카메라를 장착해 체온이 높은 병든 동물을 감지합니다. 이를 통해 드론은 농부가 포괄적인 데이터를 확보하고 시기 적절한 결정을 내릴 수 있도록 돕습니다.

인공 수분 매개체

수분은 수정 및 씨앗 생산을 가능하게 하는 과정으로, 많은 작물의 생존에 필수적입니다. 그러나 서식지 파괴, 살충제 사용 및 꿀벌 개체 수 감소와 같은 문제로 수분이 어려움을 겪고 있습니다. 

이에 따라 자연 수분 매개체의 행동과 외형을 모방한 로봇 곤충과 같은 혁신이 진행되고 있습니다. 이러한 작은 기계는 센서, 카메라, 인공지능(AI), 마이크로 액추에이터를 탑재해 스스로 비행하고, 탐색하며, 꽃에 수분을 전달할 수 있습니다. 

수동 수분에 비해 AI 로봇 곤충은 더 정밀하고 유연하며 확장 가능하고 비용 효율적일 뿐만 아니라, 어떠한 날씨와 환경에서도 작동할 수 있습니다. 이러한 수분 매개체는 특정 작물이나 식물만을 목표로 프로그래밍해 원치 않는 교차 수분이나 오염을 방지할 수 있습니다.

자연 수분 매개체에 대한 압력을 줄임으로써 AI 로봇 곤충은 생태계와 생물 다양성을 회복하는 데 기여하고, 로봇공학 및 생명공학 분야의 교육, 연구 및 혁신에 새로운 기회를 창출합니다.

레이저 허수아비

과거에는 농부들이 전통적인 허수아비를 사용해 새나 설치류와 같은 해충을 물리쳤습니다. 하지만 오늘날 농부들은 움직임 센서가 장착된 첨단 장치를 사용해 새가 작물을 훔치는 것을 방지하고 있습니다. 

로드 아일랜드 대학 연구원이 설계한 레이저 허수아비는 새가 민감하게 반응하는 녹색 레이저 빛을 투사합니다. 햇빛 아래 인간에게는 보이지 않으며, 600피트(약 180미터) 거리까지 레이저 빔을 쏘아 새를 겁줍니다. 레이저 허수아비는 플라스틱 양동이에 넣어 외부 환경으로부터 보호하고, 조절 가능한 기둥에 부착됩니다.

가축 사육 기술

신흥 가축 기술은 농부들이 농장 관리, 동물 관리 및 생산성을 향상시킬 수 있게 합니다. 예를 들어, 로봇공학, 빅데이터 및 AI를 활용해 기업들은 인간 개입 없이 소를 착유하는 자동화된 낙농 설비, 동물의 개별 요구에 맞춘 사료를 제공하는 급이 시스템, 폐기물을 제거하고 깨끗하고 질병 없는 환경을 조성하는 청소 시스템 등을 자동화하고 있습니다.

낙농 산업에서는 실시간 우유 생산량과 품질, 건강 및 임신 호르몬을 모니터링하는 센서를 개발하고 있습니다. 보고에 따르면 현재 12%의 낙농 농장이 로봇을 사용하고 있으며, 이는 향후 5년 내에 20%로 성장할 것으로 예상됩니다. 한편, 가상 울타리는 센서를 착용한 동물을 원격으로 이동시켜 농장이 동물을 관리하도록 돕습니다. 

기업

농업 로봇 산업에서 혁신이 활발히 진행되고 있는 만큼, 이제 주요 기업들을 살펴보겠습니다:

1. FarmWise

농업 기술 및 로봇공학 분야의 선도적인 혁신 기업인 FarmWise는 9차례의 투자 라운드에서 7,390만 달러를 모금했으며, 이는 CB Insights에 의해 확인되었습니다. 이 회사는 AI, 컴퓨터 비전 및 로봇공학을 결합해 화학 물질을 사용하지 않고 잡초를 제거하고, 채소 농장에서 데이터를 수집하는 제품을 개발하고 있습니다. 

최근 이 회사는 2023년 World Ag Expo에서 새로운 잡초 제거 장비인 Vulcan을 선보였으며, 이는 컴퓨터 비전과 딥러닝 모델을 활용해 높은 정밀도로 잡초를 제거합니다. 

2. Deere & Company

이 상장 기업은 전통적인 농업 기계로 유명하며, AI, IoT, 로봇, 머신러닝, 빅데이터 등 기술을 도입해 데이터 기반 의사결정을 내리고 있습니다. 현재 주가는 $382.20이며, John Deere 주식은 연초 대비 10.86% 하락했습니다. 

DE 가격 차트

이 회사의 시가총액은 1,100.7억 달러이며, 배당 수익률은 1.41%이고, P/E(TTM) 비율은 11.30, ROE(TTM)는 47.73%입니다. 2023년 7월 30일 종료된 3분기 John Deere는 순이익 29억 7,800만 달러를 보고했습니다.

3. Carbon Robotics

농업 로봇공학 분야의 선도적인 혁신 기업인 Carbon Robotics는 AI, 컴퓨터 비전, 로봇공학 및 레이저를 활용해 농부들이 잡초 관리 프로세스를 간소화하도록 돕습니다. 이 회사는 딥러닝을 이용해 불필요한 식물을 식별하고 제거하는 상업용 자율 레이저 잡초 제거기를 제공하고 있습니다. 

또한 현재 미국 17개 주와 캐나다 3개 주에 LaserWeeder를 공급 중이며, 올해 4월에는 3,000만 달러를 추가로 모금해 총 6,700만 달러를 확보하고 제조 및 국제 확장을 가속화하고 있습니다.

4. Trimble

농업 장비용 로봇 및 자율 기술을 개발하는 Trimble(TRMB) 주식은 올해 16.12% 하락했으며, 현재 주가는 $42.41, P/E(TTM)는 31.61, ROE(TTM)는 8.16%입니다. 2023년 3분기에는 매출이 9억 5,730만 달러로 전년 대비 8.2% 증가했으며, 비GAAP 순이익은 주당 68센트였습니다. 

분기 말 기준, Trimble은 현금 및 현금성 자산이 2억 1,680만 달러이며, 총 부채는 30억 5,000만 달러였습니다. 농업 자동화 경쟁이 가속화되는 가운데, AGCO Corp(AGCO.N)는 최근 Trimble의 농업 사업 85% 지분을 20억 달러에 인수한다고 발표했습니다.

5. AgEagle Aerial Systems Inc. 

직원 수가 약 150명으로 추정되는 이 회사는 드론 기반 데이터 솔루션을 제공해 농부들이 작물 관리를 개선하도록 돕습니다. 농업 외에도 에너지, 건설 및 정부 분야에 풀스택 드론 솔루션을 제공하고 있습니다. 

UAVS 가격 차트

9월에 AgEagle은 고정익 무인 항공 시스템인 eBee VISION 드론을 출시했습니다. 시가총액은 1,583만 달러이며, AgEagle(UAVS) 주식은 $0.13에 거래되고 있으며, P/E(TTM) 비율은 -0.22입니다. 8월에 이 회사는 전년 대비 95.62% 성장한 매출에도 불구하고 2분기 매출이 328만 달러로 크게 감소했다고 보고했습니다.

농업 로봇공학의 장단점

농업 시스템을 자동화하면 다음과 같은 여러 이점이 있습니다:

• 인간과 달리 로봇은 지루함이나 피로를 느끼지 않아 더 빠르고 오래 작업할 수 있으며, 휴식이 필요하거나 생산성이 감소하거나 부상의 위험이 없습니다.

• 폐기물과 인건비 및 농장 운영 비용을 줄여 농업 로봇은 비용 효율적인 방법이 됩니다. 

• 로봇은 인간 오류에 영향을 받지 않기 때문에 반복 작업은 물론 복잡한 작업도 전체 과정에서 정확하고 정밀하게 수행할 수 있습니다.

• 로봇을 사용하면 계절 작업에 필요한 인력 부족이나 작물이 땅에 남아 제때 팔레트에 실리지 못하는 문제를 걱정할 필요가 없습니다.

• 고도의 인식 능력, 자율 의사결정 능력 및 정밀한 실행 능력을 갖춘 로봇은 복잡하고 가혹하며 위험한 환경에서도 정확하고 효율적인 생산 목표를 달성할 수 있습니다. 

하지만 농업 시스템을 자동화하는 데는 단점도 존재합니다:

• 가장 큰 우려는 로봇이 비싸다는 점입니다. 비용은 효율성 및 수확량 증가로 상쇄될 수 있지만, 초기 투자 비용이 여전히 크며, 기술이 발전함에 따라 비용이 낮아질 것으로 예상됩니다.

• 로봇은 전력을 필요로 하고 정기적인 유지보수가 필요해 사용 비용이 추가됩니다.

• 농업 로봇은 다양한 작업을 수행하기 위해 복잡한 알고리즘이 필요하며, 이는 농부들이 사용 전에 교육을 받아야 함을 의미합니다.

결론

따라서 우리는 로봇이 연구와 산업 모두에서 점점 더 큰 관심을 받고 있으며, 이는 농업 로봇의 급속한 진화를 초래했다는 것을 확인했습니다. 인식, 의사결정, 제어 및 실행 기술을 통합함으로써 상당한 개선도 이루어졌습니다.

이는 인구 증가와 토지·물 부족이 심화되는 상황에서 농업 로봇이 더 스마트하고, 더 안전하며, 더 생산적인 농업 방식을 제공함으로써 독특하고 필수적인 역할을 수행하고 있다는 점과 일맥상통합니다!