우리에게 농업은 너무나 익숙한 산업이다. 그러나 공업화, 도시화를 거치면서 농업의 규모는 급속히 감소하였다. 그럼에도 농업은 여전히 인류의 먹거리를 책임지는 매우 중요한 산업이다. 그러나 현재의 지역에서 이루어지는 농업은 전통적으로 봄에 씨앗을 뿌리고, 가을에 수확하는 방식이다. 최근 농업은 정보통신기술(ICT), 바이오기술(BT), 나노기술(NT) 등 첨단 기술이 융합된 형태로 변화하고 있다. 특히 정보통신기술을 접목한 스마트농업이 떠오르고 있다. 스마트 농업과 관련된 주요 기술은 스마트 팜, 식물공장, 지능형 농작업기 등이다. 스마트 팜(smart farm)은 농산물의 생산, 가공, 유통 단계에서 정보통신 기술을 연결한 지능화된 시스템이다. 즉 작물이 성장하는 정보와 작물이 자라는 환경 정보에 대한 데이터를 수집하고, 이를 언제 어디서나 확인 가능한 농장이다. 스마트 팜은 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 등의 기술을 활용한다. 농축산물의 생장, 생육 단계부터 시설의 온도, 습도, 햇볕량, 이산화탄소, 토양 등을 측정 분석하고, 결과에 따라서 제어 장치를 구동하여 최적의 환경을 유지, 관리하고, PC와 스마트폰를 통해서 원격으로 자동으로 관리하는 시스템기술이다. 스마트 팜으로 농업의 생산, 유통, 소비 과정에 걸쳐 생산성과 효율성 및 품질 향상 등과 같은 고부가가치를 창출시킬 수 있다. 스마트 팜으로 지역의 농업에 투입되는 노동인구 및 농지 감소, 기후변화에 따른 기상이변 등의 문제를 해결할 수가 있다.

스마트 팜 운영 사례는 다음과 같다. 국내 농업테크 스타트업 ‘만나씨이에이’는 농장에 농장제어시스템을 구축해 스마트한 관리를 하고 있다. 농장제어시스템은 각종 센서를 통해서 농장의 상황을 파악한다. 농작물의 생육에 필요한 비닐하우스 개폐, 온·습도 조절 등 적절한 환경을 조성한다. 농장주는 스마트폰으로 모든 것을 파악하고 조작할 수 있다. ‘엔씽’이라는 업체가 ‘플랜티’라는 스마트 화분을 만들고 있다. 이 화분은 센서가 달려 있어, 식물이 자라는 환경을 모니터링 할 수 있다. 화분이 스스로 식물에 물을 줄 수도 있다. 일본의 스프레드는 로봇이 농사를 짓는 로봇농장을 지어 사람이 씨앗만 뿌리면 그 이후의 모든 과정은 로봇이 책임지는 농장이다. 유럽은 일조시간이 짧아 시설원예 기술이 많이 발전했다. 대부분 대형 유리 온실에 인공광을 활용하는 식물공장이 많다. 미국의 수직농장 업체인 ‘에어로팜’은 10m 높이의 세계 최대 규모 수직농장을 운영하고 이곳에서 연 1천 톤의 채소를 생산하고 있다.
 

식물공장도 등장했다. 식물공장은 작물을 생산하기 위해 작물의 상태에 따라 영양, 온도, 광원 등 성장환경을 실시간으로 모니터링하고 제어, 관리하는 기술이다. 다양한 식물을 재배하고 생육 속도와 수확기를 조절하기 위해 온도를 조절하고, 식물 생장에 필요한 양분을 자동으로 공급한다. 작물의 광합성과 생육을 조절하기 위해 형광등, 고압나트륨등, LED의 다양한 광원을 이용한다. 우리나라는 1990년대에 식물공장 연구를 시작했고, 2009년부터 정부가 식물공장 연구를 지원하고 있다. 전북대 LED 농생명융합기술센터는 3,500여개의 LED를 활용해 식물을 키우고 있다. LED는 식물의 생장을 조절하는 역할을 한다. LED는 식물이 광합성을 할 수 있도록 기본적인 빛이나 에너지를 준다. 물론 식물이 생장하는 데는 태양빛이 가장 좋지만, 태양빛의 모든 파장이 필요하진 않다. 광합성에 필요한 파장은 두 가지로 450nm의 청색과 660nm의 적색으로 엽록소에서 흡수하는 파장과 거의 동일하다. LED는 또 식물이 꽃이나 열매를 맺을 때, 신호를 주는 역할을 한다. 이를 빛에 따라 식물의 생장이 변하는 광형태 형성이라고 한다. 빛을 쬐인 정도에 따라 식물에게 신호를 줘 생장호르몬을 분비시키는 것이다. 그러면 식물은 꽃을 피우거나 열매를 맺으며 적절한 생장을 할 수 있다. 시설원예 등에서 에너지 비용도 절감할 수 있다. 세종특별자치시 연동면은 2015년에 ‘두레농장’을 건립하기 시작했고, 이곳에서는 스마트폰으로 재배시설을 원격 제어할 수 있는 ‘스마트 팜’ 기술을 적용할 뿐 아니라 태양광을 이용한 에너지 절감 프로젝트도 진행하고 있다. 두레농장에는 시설하우스를 실시간으로 살펴볼 수 있는 지능형 영상 보안장비도 도입하고, 수요에 맞춰 다품종, 소량으로 생산된 농산물을 지역주민에 공급하는 스마트 로컬푸드 시스템과 연계한다.

한편 농업 현장을 누비는 농업 로봇이 대두되고 있다. 농약 살포 드론, 무인 트랙터, 자율주행 수확기 등이다. 기존의 농기계는 인공지능이 탑재된 새로운 방식의 무인 농기계로 신속히 대체되고 있다. 지금까지 농업 로봇 개발은 각 생산 단계별로 특화되어 왔다. 제초용 로봇, 시비용 로봇, 방제용 로봇, 수확용 로봇 등 단계별 전용 로봇 개발이 주를 이뤘다. 하지만 이러한 농업 로봇의 개발은 우리나라와 같은 영세한 농업 구조를 지닌 나라에 적합하지 않았다. 여러 농업 로봇을 구매하기엔 비용 부담이 크기 때문이다. 향후 농업 로봇은 작업별 로봇이 통합된 자율형 로봇으로 통합될 것으로 보인다. 향후 농업 노동력 감소화, 농촌 고령화로 곡물 자급률이 23%대까지 떨어지는 현실을 고려하면, 자율형 로봇 기술은 지역의 농업을 활성화하는 데 기여할 수 있을 것으로 보인다.

스마트 농업을 지역의 미래 성장 동력으로 삼기 위해서는 첨단기술이 집약된 4차 산업혁명을 견인하는 새로운 기술들을 신속히 적용해야 한다. 현재 땅에 직접 심은 노지 작물이 많은 우리 지역은 노동집약적인 경험으로 경작되고 있는 실정이다. 지역 농지 환경이나 경사도가 다양하다. 향후 지역에서 우선시 되는 기술은 고르지 않은 밭작물의 노면, 지역 기후 등 토양 환경, 다양한 품종 등 현실과 유사한 디지털 가상 세계에서 시뮬레이션 예측이다. 시뮬레이션으로 생육 인공지능을 학습하게 하며 작물의 생육 최적화 방안을 도출해낼 수 있다. 그러나 아직 스마트 농업을 상용화하기엔 현실적인 제약이 따른다. 지역 농가 대다수가 영세하고, 고령화 등 지역 실정으로 기술에 투자할 수 없는 점이다. 최근 들어 스마트 농업 관련된 기술 발달의 속도가 빨라 저비용, 고성능 스마트 농업이 머지않았다. 스마트 농업은 단순히 장비만 설치한다고 해결되는 게 아니다. 지자체에서 첨단농업 모델을 벤치마킹해 스마트 농업 지원 정책과 농사와 스마트 기술 관련 전문성을 갖춘 인력 육성이 필요하다.