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순환형 자원활용 스마트농장에 대해 조사하기

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순환형 자원활용 스마트농장에 대해 조사하기

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인구감소와 기술발전으로 인한 1차 산업의 변화

자원을 순환하며 농장을 운영할 수 있는 방법은?

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순환형 스마트 농장은 약용작물의 안정적 생산과 안전성 확보에 유리해 약학 분야와 잘 연결된다. ICT 기술로 생리활성 성분 함량을 조절하고, 화학비료 없이 재배해 독성이나 잔류물 우려도 줄일 수 있다. 또한 농업 부산물을 활용한 친환경 의약 소재 개발 등 지속 가능한 약물 생산에도 기여할 수 있어, 약학에서 중요한 미래 연구 분야다.

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순환형 스마트농장은 자원(물, 에너지, 영양분 등)을 효율적으로 순환·재활용하여 운영하는 지속 가능한 농업 시스템이다. 환경 오염을 줄이고, 자원 낭비 없이 생산성을 높일 수 있어 기후 변화 대응과 경제적 효율성 측면에서 필요하다. IoT, 센서, AI 등의 스마트 기술을 활용해 농작물의 상태를 실시간으로 관리하고 필요한 자원만 정밀하게 공급하고, 빗물 재활용, 퇴비화, 재생 에너지 활용 등으로 자원을 재사용하여 친환경적 농업을 가능케 할 수 있다. 그리고 자동화 시스템과 데이터 기반 관리로 노동력 절감과 품질 향상도 이룰 수 있다.

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스마트농장은 정보기술을 농장 시스템에 도입하여 사람들이 농장을 관리하기 더 편하게 해주는 농장이다.

내가 생각하는 사례로는

순환형 스마트농장에서는 키우는 식재료들을 신선하게 동물들에게 전달해주거나, 이로인해 생긴 동물들의 배설물을 비료로 사용할수 있도록 다시 농장으로 운반하여 거름으로 사용할수도 있을 것 이라는 사례를 생각해보았다.

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AI와 인공지능 기술을 활용한 순환 자원 스마트 농장은 컴퓨터 공학과의 지식을 활용해 효율적으로 운영할 수 있다. IoT 센서를 통해 온도, 습도, 토양 상태 등을 실시간으로 수집하고, AI는 이를 분석해 작물 재배 조건을 자동 조절한다. 인공지능은 작물의 성장 데이터를 학습하여 수확 시기와 병해 예측도 가능하게 한다. 또한, 축산 분뇨나 음식물 쓰레기를 분석해 적절한 퇴비화 또는 바이오가스 생산을 자동으로 제어할 수 있다. 이 모든 시스템은 소프트웨어로 연결되어, 원격 제어 및 자동화가 가능하다. 컴퓨터 공학 지식을 통해 이러한 시스템을 설계하고, 최적화된 알고리즘을 개발하여 자원을 낭비 없이 순환시키는 스마트 농장을 구현할 수 있다.

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인구 감소와 고령화로 인한 1차 산업의 노동력 부족 문제를 해결하기 위해, 빅데이터와 인공지능(AI) 기술이 핵심적인 역할을 하고 있다. 이러한 기술들은 작물 생육 예측, 병해충 감지, 자동화된 농기계 운용 등 다양한 분야에 적용되어 생산성과 효율성을 높이고 있으며, 특히, 빅데이터와 AI를 활용한 스마트 농업은 농업의 디지털 전환을 가속화하고 있고, 순환형 스마트 팜은 작물 재배, 가축 사육, 폐기물 처리 등 농업의 전 과정을 통합하여 자원을 효율적으로 순환시키는 시스템이며, 이는 지속 가능한 농업 모델로의 전환을 촉진하고 있다.

이러한 해외 사례로는 2가지가 있는데,

그리스의 BIOCIRCULAR 프로젝트
이 프로젝트는 작물 생산, 사료 생산, 가축 사육, 폐기물 관리 등 농업의 모든 단계를 통합한 순환형 스마트 농장을 개발하였다. IoT 센서와 정밀 농업 기술을 활용하여 자원 사용을 최적화하고, 가축 분뇨를 바이오가스와 유기 비료로 전환하여 에너지 자립과 폐기물 최소화를 달성하였다.

싱가포르의 도시 농업
싱가포르는 식량 자급률을 높이기 위해 도시 내에 스마트 농업 시스템을 도입했다. 예를 들어, Sky Greens는 9미터 높이의 수직 농장을 운영하여 공간 효율성을 극대화하였고, Apollo Aquaculture Group은 3단계 수직 순환 양식 시스템을 통해 실내에서 어류를 양식하고 있다.

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순환형 자원활용 스마트팜이란 ? : 자원을 효율적으로 활용하고 낭비를 최소화하기 위해 순화경제 개념을 접목한 스마트팜을 의미함. 농업의 지속가능성을 높이고 환경 부담을 줄이기 위해 점점 더 중요해지고 있음. 기대 효과로는 ? : 환경보호 : 온실가스 감축, 폐기물을 최소화할 수 있고 생산비 절감과 고품질 농산물 생산 가능이라는 경제성을 향상시킬 수 있으며 기후변화 대응 및 장기적 농업 안정성을 확보함으로써 지속가능성을 챙길 수 있음. 예시로서는 우리나라의 기업의 팜에이트의 먹거리 생산을 위한 스마트 팜이 있으며 에너지 절감과 지속가능성을 챙긴 서울 상도역에서의 메트로 팜, 혹은 스위스나 네덜란드에서의 가축 분뇨를 활용한 바이오가스를 온실 난방에 사용하는 유기농 스마트팜이 존재한다.

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1. 디지털 트윈 기반 스마트팜 시스템

핵심 기술:

IoT 센서: 온도, 습도, CO₂ 농도, 토양 상태, 수분 수준, 영양소 농도 등을 실시간으로 수집

빅데이터 분석: 수집된 데이터를 분석하여 최적의 파종 시기, 수확 시기, 작물의 생장 조건 등을 예측

디지털 트윈: 가상의 농장 모델을 구축하여 실제 농장의 데이터를 반영한 시뮬레이션 진행

운영 원리:

1. 데이터 수집: IoT 센서를 통해 실시간으로 농장의 다양한 환경 데이터를 수집합니다.

2. 데이터 분석: 수집된 데이터를 분석하여 농작물의 상태, 필요 자원, 기후 변화 등을 파악합니다.

3. 디지털 트윈 모델 생성: 분석된 데이터를 바탕으로 가상의 농장 모델을 생성합니다. 이 모델은 실제 농장 환경을 반영하며, 여러 가지 시나리오를 실험할 수 있습니다.

4. 시뮬레이션: 가상의 농장에서 다양한 조건(온도, 습도, 관개, 비료 등)을 변화시켜 최적의 작물 생산 방법을 찾아냅니다.

5. 현실 적용: 시뮬레이션 결과를 기반으로 실제 농장 운영에 필요한 조정을 하고, 자원의 낭비를 최소화하여 효율적인 농장 운영을 실현합니다.

출처 및 사례

미국 조지아주, "아이오니 스마트팜 프로젝트": IoT 센서를 통한 실시간 데이터 수집과 분석, 디지털 트윈을 활용해 농장의 최적화 시나리오를 실험합니다. 이 프로젝트는 작물의 성장과 수확에 필요한 자원을 미리 예측하고 최적화하는 데 큰 도움이 되고 있습니다.

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일본 미야자키현의 한 마을에서는 마을에서 나오는 음식물 쓰레기를 고속 퇴비화 처리기를 이용해서 비료로 만든다. ‘그린가이어’라는 고속 퇴바화 처리기를 이용해서 비료로 만든다. 이렇게 만들어진 비료를 농사에 이용함으로서 음식물 쓰레기가 다시 농산물을 키우는 데 활용되는 순환이 이루어진다.

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순환형 스마트 농장이란 폐기물을 자원으로 전환하여 지속 가능한 농업을 실현하는 시스템이다. 스마트 농장은 IoT 기반 건강 모니터링, 자동 온도 조절을 통해 스트레스와 질병 유발 요인을 줄임으로써 항생제 사용을 최소화할 수 있고 가축의 질병을 조기에 탐지하고 관리함으로써 감염병의 전파 가능성을 낮출 수 있다.

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순환형 스마트 농장은 농장에서 발생하는 부산물이나 에너지를 재활용하거나 재사용해서 낭비를 줄이고, 효율은 높이는 농장 시스템입니다.

1. 약용 작물의 품질 향상

2. 오염 걱정 없이 깨끗하게 재배 가능

순환형 시스템은 화학 물질을 적게 사용하고도 건강하게 작물을 키우므로, 약학용 고품질 원료 생산에 매우 유리하다

실제로 수경 인삼 식물공장 (ICT 기반 스마트 팜 팩토리 시스템)이 있다

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순환형 스마트 농장은 자원 순환 시스템과 스마트 농업 기술을 융합하여 친환경적이고 지속 가능한 농업 생산을 실현하는 농업 모델로 버려지는 자원(예: 음식물 쓰레기, 가축 분뇨, 빗물 등)을 다시 활용하고, ICT(정보통신기술)로 농장 환경을 정밀하게 제어하는 방식이다 예시로는 전라남도 흥에서 김 양식 후 발생하는 해조류 폐기물을 미생물로 발효시켜 유기질 비료화하여 이를 파프리카 및 토마 재배 스마트팜에 활용하고 네덜란드에서는 가축 농가와 스마트팜을 연계하여 가축 배설물을 정제 후 비료로 공급한다

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기계공학은 스마트농장에서 자동화 장비, 수확 로봇, 온실 제어 시스템 등 핵심 기술을 설계하고 구현하는 데 중요한 역할을 합니다. 유체역학, 열역학, 제어공학 등을 활용해 급수 시스템, 냉난방, 드론, 로봇팔 등을 개발하며 농업의 효율성과 정밀도를 높입니다. 특히 메카트로닉스와 센서 기술을 융합해 자율적이고 에너지 효율적인 농장 운영이 가능하게 만듭니다. 스마트농장은 기계공학의 다양한 응용이 집약된 미래형 농업 시스템입니다.실제 사례로는 네덜란드의 하이테크 온실에서는 기계공학과 IoT 기술을 결합하여 온도, 습도, CO₂ 농도 등을 자동으로 조절하는 것이 있습니다. 이를 통해 작물의 생육 환경을 최적화하고, 에너지 효율을 높이고 있습니다

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순환형 자원활용 스마트농장은 폐기물을 최소화하고, 생산과 소비, 배출을 하나의 선형이 아닌 순환 구조(에너지 순환, 물 순환, 온실가스 순환등)로 만들어, 자원을 재활용하면서 IoT, AI, 자동화 기술 등을 활용해 효율적이고 친환경적인 농업을 실현하는 농장입니다.

국내에는 국내 사례

1. 국립축산과학원 '에코팜 스마트농장' (전북 완주)

2. 전남 고흥군 ‘에너지 순환형 스마트팜 단지’

등이 있습니다.

기계공학은 순환형 자원활용 스마트농장에서 핵심적인 기반 기술로 작용하며, 자원의 순환을 실현하고 자동화를 가능하게 만드는 데 큰 역할을 합니다1. 자원 순환 시스템 설계 및 제작, 2. 스마트 온실 구조 및 제어 설비, 3. 자동화 및 로봇 시스템, 4. 스마트 제어 인터페이스와 통합기계 시스템 등에 사용됩니다.

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순환형 스마트팜은 농업, 축산업 등이 연계되어 자동으로 관리되는 것이다. 실사례로 횡성에서는 축산농가에서 나오는 분뇨를 발효,처리하여퇴비 및 바이오가스로 전환한다고 한다. 이 과정에서 메탄가스는 에너지로, 고형물은 비료로 사용된다고 한다.

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/*

* Hello_World.ino

*

* Author: Frank Häfele

* Date: 01.12.2023

*

* Object: Print Hello World on LCD Display

*/

#include <LCD-I2C.h>

#include <Wire.h>

#include "DHT.h"

LCD_I2C lcd(0x27, 16, 2);

DHT dht(17, DHT11);

void setup() {

Serial.begin(9600);

dht.begin();

Wire.begin();

lcd.begin(&Wire);

lcd.display();

lcd.backlight();

}

void loop()

{

float h = dht.readHumidity();

// Read temperature as Celsius (the default)

float t = dht.readTemperature();

String th="T:"+String(t)+"H:"+String(h);

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print(th);

lcd.setCursor(0,1);// You can make spaces using well... spaces

// Or setting the cursor in the desired position.

lcd.print("no problem");

delay(500);

}

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#include <Servo.h>

static const int servoPin = 26;

Servo servo1;

void setup() {

Serial.begin(115200);

servo1.attach(servoPin);

servo1.write(0);

delay(1000);

servo1.write(180);

delay(1000);

}

void loop() {

}

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mqtt까지 완성된 코드

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mqtt까지 완성된 코드

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아두이노 Agent 다운로드

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아두이노 Agent 다운로드