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[AWC] 전남대학교 이경환 교수 “AI, 식량 위기 해결 열쇠로 주목… 환경 보호·식량 생산량 증대 동시 기대”

기사입력 2021.08.24 16:12
전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 이경환 교수 인터뷰
  • 사시사철 다양한 먹거리를 손쉽게 구할 수 있고, 일 년에 버려지는 음식물 쓰레기만 약 570만 톤(1인당 하루 300g)에 달하는 우리나라에서 식량 위기를 고민하는 이는 많지 않다. 하지만 전 세계의 많은 전문가와 단체는 식량 위기를 현재 인류에게 닥친 가장 심각한 문제 중 하나로 손꼽는다.

  • 사진=픽사베이
    ▲ 사진=픽사베이

    2019년 기준 우리나라의 식량자급률은 46%, 곡물 자급률은 21%로 OECD 국가 중 최하위 수준이다. 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 이경환 교수는 “외국에서 식량을 필요한 만큼 수입할 수 있는 평소에는 낮은 식량자급률이 문제 되지 않지만, 이번 코로나19 사태와 같은 글로벌 이슈로 식량 수입이 여의치 않게 되면 심각한 사회 혼란으로 확대될 수 있다”고 경고했다.

    이 교수는 식량 자급 필요성의 단면을 볼 수 있는 실례로 2017년 발생했던 살충제 달걀 파동을 제시했다. 당시 국내 산란계 농가에서 피프로닐이 검출되면서 달걀 출하가 중단되고 가격이 폭등했다. 이는 달걀을 원료로 하는 제과, 식품 등의 동반 가격 폭등을 야기했고, 사재기 등으로 인해 사회 혼란까지도 가져왔다. 만약 이러한 상황이 우리의 주요 농산물에서 발생한다면, 그 피해는 상상 이상일 것이라는 설명이다.

  • AI 정밀 농법으로 식량 생산 증대

    식량 위기를 극복하려면 식량 작물 생산을 늘리는 것이 중요하지만, 지구온난화로 인한 기후 변화로 세계 농경지와 주요 식량 작물 생산량은 해마다 줄어들고 있다. 실제 2020년 세계 식량 생산량은 전년도보다 약 30% 감소한 것으로 알려졌으며, 우리나라의 쌀 생산량도 2019년 대비 5.9% 감소(통계청, 2020년 쌀 생산량 조사 결과)했다.

    이에 최근 주목받는 기술이 인공지능(AI)이다. 이경환 교수는 AI를 통해 인간의 관찰과 판단, 경험에 의존해 온 관행 농법에서 간과해 온 다양한 수확량 증산 요인을 찾을 수 있으며, 이에 대한 최적의 조치를 통해 비료, 농약 등의 도움을 최소화하면서도 생산량을 늘릴 수 있게 되었다고 말한다.

    대표적인 예가 최근 전남대 연구팀이 컴퓨터 비전과 AI 기술을 이용해 진행한 벼 이앙 결주율(불량묘) 분석이다. 벼를 이앙하면 결주가 생기게 되고, 이는 수확량 감소로 이어진다. 지금까지는 이를 확인할 방법이 없었지만, 연구팀은 AI로 벼 이앙 시 약 13%의 결주율이 발생함을 분석하고, 결주 위치를 확인해 육묘를 이식함으로써 수확량 감소를 예방할 수 있었다.

  • 하지만 아직 AI가 식량 증대에 미치는 효과는 그리 크다 할 수 없다. 식량 작물 생산량을 높이기 위해서는 쌀, 밀, 옥수수 등 노지 생산 작물의 생산량 증대가 더 필요한데, 지금까지 AI를 활용한 스마트농업은 대부분 실내 온실 농업에 집중되었기 때문이다. 또한, 노지 농업은 기후 변화와 환경 오염으로 인해 작물 재배가 한계에 달했다는 평가를 받기도 해 앞으로 갈 길이 순탄해 보이지는 않는다.

    이에 대해 이 교수는 “작물 재배에 있어서 통제된 환경인 실내보다 노지는 훨씬 다양한 변수들에 의해 영향을 받아 작물 생육을 예측하고 제어하기가 쉽지 않지만, 이를 다르게 보면 AI가 실내보다 노지 환경에서 훨씬 큰 효과를 낼 수 있다”라며, “노지 면적은 전체 농경지 면적의 약 90% 이상을 자치함으로 국내 농업의 생태계 전반을 변화시킬 수 있다”고 말했다. 이어 “국내 노지 디지털 농업은 이제 시작단계로 시범단지를 중심으로 국내 보급형 모델을 개발하고, 요소 기술에 대한 집중적인 연구개발 투자가 이루어져야 한다”고 덧붙였다.

    이 교수는 국내 딸기, 토마토, 파프리카 등 온실 과일 생산에서는 차후 5년 안에 AI 활용한 미래 농업이 가시적인 성과를 낼 것으로 예상했으며, 노지 작물로 확대하기까지는 10년 정도의 시간이 필요할 것으로 예상했다.

    AI 기반의 디지털 생산시스템은 축산업, 어업 등에도 적용할 수 있다. 축산업에서는 가축의 교배 시기를 정확히 예측해 번식률을 높이고, 가축의 생체신호 및 행동 특성 분석에 의해 사양 관리를 조절함으로써 고품질 등급의 가축을 생산할 수 있다. 양식장에서도 물고기의 생육 상태를 분석해 사료의 종류와 양을 조절함으로써 생산비 절감 및 고품질의 물고기를 생산할 수 있다.

  • AI 수요 공급 예측 통한 균형 분배

    식량 위기 해결을 위해서는 식량 자원의 분배도 중요하다. 실제 지구촌 한쪽에서는 과다 생산된 식량이 썩어 버려지는 한편, 다른 한쪽에서는 식량이 부족해 굶는 일이 속출하고 있다. AI는 이러한 식량 생산과 소비의 균형을 맞추는 데도 활용할 수 있다.

    이경환 교수는 “인공지능 기반 노지 디지털 농업은 파종부터 생육, 수확, 유통의 전 단계가 데이터화되고 관찰되므로 작물별 수확량, 수확 시기뿐만 아니라 시장의 유통량까지도 좀 더 면밀히 예측할 수 있다. 따라서 소비자의 수요와 시장의 유통량에 따라 수확량과 수확 시기를 탄력적으로 조절함으로써 수요와 공급의 불균형에 따른 농산물 손실을 감소시킬 수 있다. 이를 국가적 단위로 확대하면, 글로벌 식량의 수요와 공급의 불균형 및 가격안정에 기여할 것으로 생각한다”고 밝혔다.

  • 사진=픽사베이
    ▲ 사진=픽사베이

    AI는 국내 식량 자급률을 높이고, 공급망을 활성화하는 데도 기여할 수 있다. 이 교수는 “농업에 있어서 인공지능의 가장 큰 장점은 소비자의 수요량과 선호도, 생산자에 의한 공급량과 공급 시기 등을 정확히 예측할 수 있다는 것”이라며, “이러한 인공지능 기반의 공급 시스템을 통해 생산자와 소비자의 맞춤형 일대일 연결망을 확대하고, 이를 통해 소비자 중심의 농업 생산으로 확대되면서 소규모 다작의 생산시스템으로 변해갈 수 있다”고 설명했다. 이어 이를 통해서 신선하고 안전한 농산물을 적기에 공급할 수 있고, 조금이나마 식량 자급률 향상에 이바지할 것으로 예측했다.

    또한, 이 교수는 “글로벌 식량 문제는 생산보다 불균형 문제가 더 크다고 생각한다”고 밝혔다. 이어 “AI를 세계 식량문제 해결에 활용하기 위해서는 각 국가가 식량 생산 관련 정확한 데이터를 공개하여 글로벌 식량 수요와 공급의 예측 정확도를 높이도록 협조해야 한다”며, “코로나가 지속하고 기후변화가 심해질수록 식량의 양극화는 더욱 심화할 것이며, 이는 전 지구적 문제임을 간과해서는 안 된다”고 덧붙였다.

  • 환경 오염 줄이는 선순환 구축에도 기여

    AI를 활용한 미래 농업은 부족한 일손을 덜고, 농산물 생산량을 높이는 것 외에 환경 오염을 줄여 건강한 지구를 만드는 데도 기여할 것으로 기대된다.

    지금까지 농업은 수확량 증대에 초점을 맞추어 필요 이상의 비료와 농약을 투입했다. 이로 인해 토양, 수질 오염을 일으켰고, 농산물의 안전성이 의심받게 되었다. AI는 토양과 작물의 수요도를 정확히 예측하고 필요한 만큼의 비료와 농약을 필요한 시기에 필요한 지역에 투입하게 된다. 따라서 수확량과 품질은 그대로 유지하면서도 투입재의 양을 줄임으로써 환경오염을 저감하고 생산성을 높이는 효과를 꾀할 수 있다.

    이처럼 AI는 국내 농업 현장에 적용되어 농업의 생태계를 획기적으로 변화시킬 것으로 기대받고 있다. 하지만 이를 위해서는 먼저 관련 산업군이 형성되어야 한다. 이경환 교수는 “이를 위해서는 정부가 대단위 보급사업을 통해 농업의 인공지능 수요를 창출하고, 기업은 이에 따른 기술 개발을 통해 농업 인공지능 선순환 구조를 만들어야 한다. 이와 같은 국내 보급사업을 통해 K-농업 인공지능 모델의 고도화를 꾀하고 이를 수출 산업으로 육성했으면 한다”고 말했다.

  • 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 이경환 교수
    ▲ 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 이경환 교수

    한편, 이경환 교수는 오는 9월 1일 부산 벡스코에서 개최하는 AWC 2021 in Busan에서 ‘세계 식량문제를 위한 AI 기술의 역할’에 관한 대담을 주재할 예정이다. 해당 대담에는 네덜란드 와닝겐대학교의 거트 쿠트스트라 교수와 이스라엘 아그레매치(Agrematch) 이얄 벤 찬옥 이사가 참여한다.

    AWC 2021 in Busan은 10여 개국의 연사가 참여해 각국 AI 현황과 미래를 조망하는 콘퍼런스로 자세한 일정 및 내용은 해당 홈페이지(http://awc.newstheai.com/)에서 확인할 수 있다.

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