로봇 수분 매개체가 농업에서 역할을 할 수 있을까?

[우성(旴成) 평택]

로봇공학로봇 수분 매개체가 수직 농업에서 역할을 할 수 있습니까?

업데이트 날짜 2023년 11월 7일

수직 농업 시장은 기하급수적으로 성장할 준비가 되어 있으며, 그 가치는 56억 달러 에서 2032년까지 350억 달러로 예상됩니다. 이는 10년 내에 거의 7배 증가한 것입니다. 이처럼 급성장하는 시장을 활용하려면 혁신과 첨단 기술의 활용이 필수적입니다. 로봇 수분매개자, 즉 '로봇 꿀벌'은 이 분야에서 잠재적으로 변혁을 일으킬 가능성이 있는 것으로 돋보입니다.

그러나 수직 농업 에 대한 로봇 수분 매개자의 잠재력을 이해하려면 이러한 범주가 무엇을 의미하는지에 대한 명확한 아이디어가 있어야 합니다. 따라서 우리는 수직 농업과 로봇 수분 매개자가 무엇을 의미하는지에 대한 간략한 개요로 논의를 시작하겠습니다.

수직 농업이란 무엇입니까?
수직 농업은 수직으로 쌓인 층에서 작물을 재배하는 농업 방법/기술을 암시합니다. 전통적인 농업은 농경지에서 작물을 재배하는 수평적 농업이었습니다. 그러나 지구상의 비옥한 토지 면적이 일정하고 전 세계 인구가 지속적으로 증가함에 따라 수직 농업이 해결책으로 등장했습니다. 수직 농업은 대부분 수경재배, 수경재배, 수기재배와 같은 기술을 사용하여 통제된 환경에서 수행됩니다. 농경지의 토양이 중복됩니다.

요즘에는 건물, 선적 컨테이너, 심지어 지하에서도 수직 농장(Deep Farm)을 찾아볼 수 있습니다.

수직 농업의 장점은 많습니다. 환경 보존 노력의 관점에서 볼 때 더 효율적이고 내후성이 뛰어나며 더 건강한 대안입니다. 이는 종종 전통적인 농업 주기의 전조인 삼림 벌채를 요구하지 않으며, 쟁기질, 파종, 농기계 수확을 포함하여 탄소 배출량이 높은 많은 기존 농업 활동도 필요하지 않습니다.

수직 농업의 개념은 1999년 Dickson Despommier에 의해 개척되었으며, 현재 떠오르는 응용 분야의 시작을 알렸습니다. 수직 농업이 향후 진화하고 다양화될 수 있는 길을 마련하는 것이 바로 이 기반입니다.

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로봇 수분 매개체란 무엇입니까?
간단히 말해서, 로봇 수분매개자는 바퀴와 팔이 장착된 대형 벌과 유사합니다. 이러한 기술 혁신은 벌과 같은 자연 수분매개자 부족이라는 시급한 문제를 해결하기 위해 고안되었으며, 이는 전 세계 식량 생산에 심각한 문제를 야기합니다. 이러한 과제에 대응하여 웨스트버지니아 대학의 연구자들은 로봇 수분매개자를 고안했습니다.

대학 기계항공우주공학과 부교수 Yu Gu가 만든 모델에는 다양한 작물을 수용하면서 온실 환경에서 수분을 보조하도록 고안된 6개의 팔을 갖춘 로봇이 포함되어 있습니다. 로봇 수분매개자의 목적은 두 가지입니다.

이들의 즉각적인 목적은 꽃 검사, 매핑, 수분 및 발달 추적과 같은 반복적이고 시간 소모적이며 노동 집약적인 작업을 수행하여 농부들이 심기, 관개 및 해충 방제에 집중할 수 있도록 하는 것입니다.

장기적으로 로봇 수분매개자는 최적화된 효율성으로 개별 작물을 관리하고, 곤충이 감소하는 기간 동안 식량 생산을 보장하며, 작물 데이터 추적과 같은 부가가치 서비스를 제공하는 것을 목표로 합니다. Yu Gu는 로봇 수분 매개체의 운영 비전에 대해 논의하면서 다음과 같이 말했습니다.

"그것은 환경을 지도화하고 로봇이 환경에 대한 일반적인 아이디어를 갖게 되면 식물에 대한 보다 상세한 지도를 구축하고 꽃이 어디에 있는지, 어떤 꽃에 수분이 필요한지 알게 될 것입니다."

이러한 기능을 고려하여 로봇 수분매개자가 어떻게 수직 농업에 기여할 수 있는지 살펴보겠습니다.

로봇 수분매개체의 장점과 단점
로봇 수분매개자는 농업 산업에 다양한 이점을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

연중무휴로 작동하는 로봇 수분매개자는 인간보다 더 높은 효율성을 제공하여 인건비를 줄이고 식량 수확량을 향상시킵니다. 열악한 환경에서도 밤낮으로 지속적으로 작업할 수 있습니다. 또한 작물 데이터를 수집하고 분석하는 기능을 통해 재배자는 재배를 정밀하게 제어할 수 있으므로 정보에 입각한 농업 결정을 내릴 수 있습니다.

이러한 로봇 수분매개자가 자율적으로 작동할 수 있게 하는 동일한 기술적 독창성은 특정 농업 작업에 대한 맞춤화를 가능하게 합니다. 작물 크기와 농장의 수분 요구 사항에 따라 규모를 확대하거나 축소할 수 있습니다. 또한 이러한 기계는 전통적인 방법보다 특정 식물이나 지역에 수분을 더 정확하게 공급하여 자원 효율성과 식량 수확량을 향상시킬 수 있습니다.

수분 외에도 이 로봇은 공기, 물 및 기타 환경 요인을 실시간으로 측정할 수 있어 보다 안전하고 지속 가능한 농업에 기여합니다.

살충제나 기타 독소의 필요성을 제거함으로써 로봇 수분매개자는 환경에 미치는 영향을 줄이고 운영을 개선하려는 농부들에게 매력적입니다.

그러나 물론 로봇 수분매개자에게도 문제가 없는 것은 아닙니다.

최근의 기술 발전에도 불구하고 로봇 수분은 비용이 많이 들고, 작물에 효율적으로 비료를 공급하기 위해 꿀벌과 같은 자연 수분 매개자를 대체할 수는 없습니다. 말할 것도 없이, 지구상에는 250,000종이 넘는 꽃 피는 식물이 있으며, 모두 꽃가루 매개체와 독특한 방식으로 상호 작용합니다.
외래 침입종이 멸종을 일으키고 생태계 기능과 서비스를 방해한다는 점을 감안할 때 로봇 수분은 더 넓은 생태계를 손상시킬 수 있습니다.
단일 수분매개체에 의존하면 복잡한 기술의 실패나 사이버 공격을 통해 취약성이 증가하고, 이는 결국 심각한 식량 불안으로 이어질 수 있습니다. 더욱이, 유전적 다양성을 감소시킴으로써 질병과 같은 것에 저항하는 꽃의 능력에 영향을 미치고 건강을 떨어뜨릴 수 있습니다.
수직 농업 수분 과제
수직 농업은 많은 팡파르와 함께 시작되었습니다. 온타리오 주 구엘프 대학의 통제된 환경 농업 연구원인 토마스 그레이엄(Thomas Graham)은 수직 농장이 "우리 식단에 의미 있는 양의 기여를 할 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 믿었습니다. 많은 희망과 팡파르로 시작되었지만 수직 농업은 많은 어려움에 직면했습니다. 이러한 과제에는 인플레이션, 치솟는 에너지 가격, 상당한 전력에 대한 지속적인 수요 등이 포함되었습니다.

많은 수직 농장은 물이 덜 필요하고 수경법을 활용하여 빠르게 재배할 수 있는 상추와 허브를 포함한 녹색 작물만 포함하는 특정 제품 세트를 넘어서는 데 실패했습니다.

수직 농업 관행이 진정한 잠재력을 달성하고 식량 불안 문제를 해결하는 의미 있는 기회를 얻으려면 제공해야 하는 작물의 범위를 넓히고 생산을 지원해야 합니다. 이러한 확장은 수분 매개자의 도움 없이는 불가능합니다.

미국 농무부 산하 국립식량농업연구소(National Institute of Food and Agriculture)가 발표한 연구에 따르면 전 세계 현화 식물의 약 75%와 전 세계 식량 작물의 35%가 동물 수분매개자에 의존해 생산 됩니다 . 꿀벌은 가장 눈에 띄는 유형의 수분 매개자이며 3,500종이 넘는 토착 벌이 작물 수확량을 늘리는 데 도움이 되지만 수분 매개자는 말벌, 나방, 파리, 나비, 새 및 박쥐와 같은 다른 많은 종도 암시하고 포함합니다.

이러한 자연 수분매개자는 수직 농업에서 자신의 역할을 수행하는 데 어려움을 겪습니다. 상업용 농업에서 가장 인기 있는 수분 매개자 중 하나인 길 들여진 꿀벌은 인공 조명 아래에서 이동하는 데 어려움을 겪습니다. 손으로 수분하는 것도 많은 시간, 노력, 비용이 필요하기 때문에 경제적으로 실행 가능하지 않습니다.

로봇 수분 매개체가 이러한 문제를 해결하는 방법
로봇 수분매개자가 작동할 수 있는 방법은 여러 가지가 있습니다. 로봇 수분매개자가 성공적으로 배치된 실제 사용 사례 중 일부를 살펴보겠습니다.

자율주행차를 닮은 로봇 수분매개체
이러한 유형의 로봇 수분매개자는 우선 LIDAR(빛 감지 및 범위 지정 기술)을 활용합니다. 그들은 먼저 레이저를 사용하여 온실의 3차원 지도를 만들어 온실 주변의 경로를 확인합니다. 팔로 가능한 한 많은 꽃에 접근하기 위해 온실 줄 사이를 이동하며 작물의 고해상도 3차원 지도를 캡처합니다. 그리고 수분 준비가 완료된 꽃을 찾거나 식별하면 다음 단계로 이동합니다.

팔 끝에 있는 유연한 폴리우레탄 강모로 구성된 작은 3차원 인쇄 브러시를 사용하여 꽃을 부드럽게 쓰다듬습니다. 이로 인해 남성 생식 기관에서 꽃가루가 옮겨지고 수분이 시작됩니다. 로봇의 기억력은 이미 수분된 식물을 기억하여 반복하지 않고 가능한 한 빨리 작업을 완료하는 데 도움이 됩니다.

AI 기반 드론을 활용한 로봇 수분
로봇 수분의 또 다른 접근 방식은 미니 드론을 활용하는 것입니다. AI 기반 소프트웨어를 사용하여 드론이 농부의 중요한 특성을 인식하고 측정하도록 지시합니다. 이 드론은 공장 근처를 비행하며 카메라 센서를 사용해 필요한 정보를 포착합니다. 그리고 온실 내부의 대기 조건이 수분을 위한 최적의 조건이 되면 드론은 주변 공기를 교란하기 시작합니다. 흔들리는 공기는 꽃을 진동시켜 결국 꽃가루를 흔들어서 수분을 시작하게 합니다.

나노로봇 수분매개체
핀란드 탐페레 대학(Tampere University)의 연구원들은 빛에 반응하는 재료 조립을 기반으로 하는 항공 로봇 공학의 원리에 따라 작동하는 일종의 나노로봇 수분 매개체를 개발했습니다. 즉, 이들은 빛에 민감한 재료의 조립을 기반으로 한 비행 로봇입니다.

빛은 수분이 필요한 영역을 목표로 하는 로봇의 제어 메커니즘 역할을 합니다. 이 방법은 꽃가루가 포함된 인공 종자를 정밀하게 분산시키는 데 효과적인 것으로 입증되었습니다. 각각의 인공 종자에는 빛에 민감한 액정 엘라스토머로 만들어진 유연한 작동 장치가 장착되어 있어 가시광선에 노출되면 털이 열리거나 닫히게 됩니다.

또한 빛을 사용하면 로봇 수분 매개체가 소프트 로봇 구조의 모양을 변경하여 바람의 힘과 방향에 적응할 수 있습니다. 아직 대량 생산이 가능하지는 않지만, 이 로봇 기술은 종자 착륙 능력을 더욱 개선해야 합니다.

이동형 지상 로봇 수분매개체: 수직 농업 솔루션 공간의 잠재적인 경쟁자
기술 개발자들은 또한 수분을 촉진하기 위해 공기 펄스를 방출하여 식물 열 사이를 이동하는 지상 이동 로봇 수분 매개자를 도입했습니다. 인간 운영자가 태블릿을 통해 행 사이의 로봇 이동을 관리해야 하는 개발 단계에 있지만, 이러한 기계는 이미 만족스러운 수준의 자율성을 달성했습니다. 개발자들은 이 로봇이 곧 수직 농업 환경에서 효과적일 수 있다고 믿습니다.

수직 농업에 로봇 수분매개자를 사용하면 여러 가지 이점을 얻을 수 있습니다.

비용 효율성과 효율성에 관계없이 자연 수분매개자는 바이러스를 퍼뜨릴 수 있습니다. 전통적인 농업에서는 종종 상업적으로 생산된 꿀벌을 천연 수분매개자로 사용합니다. 이 벌들은 통제된 온실 환경을 벗어나 야생 벌 개체수를 감염시킬 위험이 있으며, 이는 이미 중요한 문제인 기후 변화, 급속한 도시화, 살충제 사용으로 인한 곤충 개체수 감소를 잠재적으로 악화시킬 수 있습니다.

로봇 수분매개자는 이러한 감염이 퍼지는 것을 막는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 구조화된 환경에서 이동하고 예측할 수 없는 날씨와 온도를 피할 때 매우 효과적입니다.

로봇 수분매개자 공간에 참여하는 기업
전 세계 식량 작물의 75% 이상이 적어도 어느 정도는 곤충과 기타 동물의 수분에 의존하고 있다는 점을 감안할 때 기업들은 다음을 포함한 로봇 수분 매개체에 열심히 노력하고 있습니다.

아루가
현재까지 580만 달러를 모금한 이 회사는 NVIDIA Metropolis 플랫폼을 통해 개발된 컴퓨터 비전을 사용하여 수분 준비가 된 꽃을 식별한 다음 공기 펄스를 분사하여 프로세스를 시작하는 AI 기반 로봇을 제작합니다.

봇의 성능은 호박벌과 동등하고 어떤 경우에는 최대 5%까지 향상되지만 그 과정에서 데이터를 수집하고 분석하는 기능도 함께 제공됩니다.

Arugga의 로봇은 품질 저하 없이 최대 20%의 수율 향상을 보여주었습니다. 로빙 그라운드 로봇 폴리(Polly)는 딸기, 블루베리, 토마토 및 기타 작물을 다루며 작업합니다.

가장 최근에 회사는 핀란드 Agrifutura의 4.6헥타르 규모 온실을 로봇 수분 기술을 완전히 활용하는 세계 최초의 시설로 전환했습니다

야마하 모터
Yamaha Motor는 오랫동안 농업 현대화에 참여해 왔으며 일본의 농업 인구 감소 및 노령화에 대한 솔루션을 연구해 왔습니다. 이 회사는 산업용 무인 헬리콥터, 농업용 드론, 자동 유도 지원 차량, 로봇 팔 등을 개발해 왔습니다.

2022년 12월 Yamaha는 "우리는 그러한 과수원에서 가지치기, 수분, 과일 솎아내기, 수확 및 기타 작업에 즉시 사용할 수 있는 차량을 개발 중입니다."라고 밝혔습니다. 몇 년 전 일본 제조 회사는 범용 UGV와 로봇 수분 조절 장치, 수확기 및 포장 시스템을 개발하는 Robotics Plus에 1,000만 달러를 투자했습니다.

Yamaha Motor 주식(YAMHF)은 현재 YTD 9.29% 상승한 25달러에 거래되고 있으며 배당수익률은 3.79%, P/E(TTM)는 6.20입니다.

에데테 정밀
이 농업 기술 스타트업은 로봇 수분 매개자를 제작하고 서비스형 인공 수분(APaS)을 제공합니다. Edete Precision은 바람에 의한 수분을 보충하여 캘리포니아 피스타치오 과수원의 수확량을 24% 늘렸습니다 . 이 회사의 로봇식 2BeTM 수분매개자는 꽃이 피는 계절 동안 면밀히 제어되고 관리되는 극소량의 꽃가루를 분산시켜 인공 수분을 수행합니다. 현재 피스타치오에 중점을 두고 있는 Edete는 아몬드, 체리, 아보카도로 사업을 옮기는 것을 목표로 하고 있습니다.

HarvestX
현재까지 1억 5천만 엔을 모금한 일본의 HarvestX는 농업 산업에 존재하는 다양한 문제를 해결하기 위해 로봇 공학 및 AI 기술을 개발하고 있습니다. 여기에는 로봇에 의한 자동 딸기 수분이 포함됩니다.

이 회사는 3D 모델과 렌더링된 이미지를 사용하여 꽃 방향에 대한 지도 데이터를 생성하는 기계 학습 기술을 개발했습니다. 신경망을 적용하여 꿀벌의 수분 행동 특징을 추출한 후 이를 수분 알고리즘에 적용합니다.

수직 농업의 로봇 수분매개자: 미래의 모습
로봇 수분매개자가 진정한 잠재력을 달성하려면 범위를 확장하기 위한 더 많은 노력이 필수적입니다. 다양한 작물 생산 시나리오에서 효율성을 입증해야 합니다. 각 식물이나 작물에는 고유한 복잡성이 있다는 점을 고려하여 개발자는 다양한 수분 방법이 필요한 작물에 이러한 기술을 적용해야 하는 과제에 직면해 있습니다.

이 작업의 섬세한 특성은 잠재적으로 식물군에 손상을 줄 수 있는 기계적 솔루션의 원격 유도와 관련된 위험으로 인해 더욱 복잡해집니다. 이러한 위험을 완화하기 위한 솔루션에는 식물이나 작물의 클러스터를 사용하여 작업하는 수분매개자가 포함될 수 있으며, 이는 정밀도가 덜 필요합니다. 반면, 작물, 특히 정밀한 수분이 필요한 작물에 대한 개별적인 관심은 공기 흐름으로 인해 작업이 중단될 가능성이 있기 때문에 더욱 어려울 수 있습니다.

곤충학자, 농업 과학자 등 전문가와의 협력은 이러한 로봇 솔루션을 더욱 유연하고 적응 가능하게 만드는 데 핵심입니다. 이러한 노력에도 불구하고 우리가 일상적으로 소비하는 데 필수적인 작물, 과일, 채소의 다양성은 여전히 ​​해야 할 일이 많다는 것을 의미합니다.

또한 이러한 로봇 솔루션은 효율성을 유지하기 위해 기후 변화로 인한 변화하는 조건에 적응해야 합니다. 경제성은 또 다른 중요한 요소입니다. 보다 접근하기 쉬운 가격은 경쟁이 치열하고 끊임없이 진화하는 농업 산업에 대한 진입 장벽을 낮출 것입니다.

로봇 수분 매개자의 미래는 수직 농업의 성장과도 밀접하게 연관되어 있습니다. 많은 전문가들은 아직 수직 농업이 전통적인 농업을 대체할 것으로 보지는 않지만 제한된 공간에서 효과적으로 작물을 재배할 수 있는 가능성을 인정합니다. 수직 농업이 전통적인 방법을 크게 보완하기 시작하면 로봇 수분 매개자의 기회가 확대되어 현장에서 다양한 혁신을 위한 길을 열게 될 것입니다.

https://www.securities.io/can-robotic-pollinators-play-a-role-in-vertical-farming/