미래 농업에서 로봇은 어떤 역할을 하며 농업인과 동행하게 될까? ‘농업용 로봇의 현재와 미래’를 조망하는 자리가 지난달 25일 ‘2025 상주농업기계박람회 학술심포지엄’으로 마련돼 관심을 모았다. 한국농기계공업협동조합과 상주시가 주최하고 한국농업기계학회(학회장 김혁주)가 주관한 이번 심포지엄은 미래 농업에서 로봇이 담당하게 될 기술 분야와 주요 역할을 논의하는 자리가 되었다.

다양한 기관에서 농업로봇 연구와 개발을 진행하고 있는 전문가들이 한자리에 모였으며, 대학의 관련전공 교수와 학생들도 자리를 함께해 농용로봇의 미래에 대한 뜨거운 관심을 나타냈다.

첫 번째 연사로 나선 김국환 농진청 국립농업과학원 연구관은 ‘첨단 농기계 및 농업로봇 연구개발 사례’를 발표했다.

김 연구관은 “농용로봇이 농업의 스마트화로 귀결되며 스마트팜의 주요 요소로 발전하고 있다”고 말했다. 또한, 농용로봇은 생물과 공존하는 환경에서 작업 수행을 해야 하므로 안전성 확보와 정밀한 제어시스템이 요구된다고 밝혔다. 불규칙적인 노지나 열악한 자연환경 내 작업 수행을 감안한 내구성도 필요하다. 재배기간의 제약으로 로봇의 연간 운용시간이 짧을 경우 다른 작업의 연계 운용도 생각해야 한다. 농업인의 현실에 맞는 저렴하고 조작이 용이한 로봇도 주요 과제이다.

농과원의 로봇 연구 개발은 ‘원격 제어 및 자율주행 트랙터 개발’, ‘과원 로봇 플랫폼’, ‘스마트 로봇 방제기’ 등이 전개되었고, ‘영상 기반 자율주행 트랙터’, ‘승용형 농기계용 자동조향장치’, ‘과수원용 제초로봇’, ‘스마트 로봇 방제기 고도화’, ‘작업자 추종 운반로봇’ 연구 등으로 이어지고 있다.

최태용 한국기계연구원 박사는 두 번째 주제로 ‘미래 농업환경 농수작업 대체 로봇 기술’을 발표했다. 최 박사는 미래 농업 현장으로 떠오른 수직농장은 궁극적으로 자율 농수작업 로봇을 활용한 유연생산 식물공장을 지향하고 있다고 제시했다. “미래 농용로봇의 범용성 확보로 정책·민간 농업로봇 활용 생태계 구축이 전제돼야 하며, 미래 기후 환경에서 안정적인 작물 공급 기술을 확보하고 민간기업 주도의 부품과 핵심기술 개발이 이뤄져야 한다”고 진단했다.

미국의 경우, 서비스제조 분야에서 자율 로봇이 사람과 유사한 형태의 하드웨어에서 상황을 판단하며 자율동작 및 사람과의 협업 지능을 구현하고 있다. 미국의 수직농장 로봇은 자동화 및 로봇 기술을 이용한 엽채류 생산의 완전 자동화까지 성공했다.

최 박사에 따르면, 우리나라의 수직농장 작물 생산도 농수작업 자율화 로봇 적용을 통해 가격경쟁력을 확보하고 수출형 수직농장의 노동력 문제 해결을 목표로 하고 있다. 엽채류 및 과채류의 다양한 농수작업이 수직농장에 적용되고 농수작업 자율화와 작물 유연생산으로 확대돼야 한다. 농수작업 노하우의 디지털화와 로봇화는 고부가가치 작물생산과정의 세계 최초 자동화를 목표로 하고 있다.

농수작업 로봇의 경우 ‘단일팔 농수작’이 장애물 간섭 등 자연환경 작물 조작의 제한이 크기 때문에, 사람과 유사한 동작을 통해 작물 조작가능 범위를 확대한 ‘양팔 농수작’을 지향하고 있다. 농수작업(힘-위치) DB구축 및 학습을 통한 농수작업 노하우 디지털화와 일반화 된 농수작업의 지능 구현으로 범용성과 확장성을 확보하는 것이 숙제이다.

최 박사는 “사람 작업 모사가 가능하고 힘자세 제어가 가능한 이동형 양팔로봇과 고난도 농수작업의 다목적 구현이 가능한 자율화 기술을 연구 목표로 하고 있다”고 밝혔다.

구체적인 목적 작업은 수직농장 엽채류(상추)의 경우 정식→모니터링→운반→수확→포장 등이 가능해야 한다. 수직농장 과채류(딸기)는 적화→액아제거→꽃대제거→런너제거 등의 생장관리와 수확작업을 진행해야 한다.

 

세 번째 연사로 나선 양승환 한국생산기술연구원(KITECH) 박사는 ‘스마트 온실용 농작업 로봇 최신 연구동향’을 발표했다.

양 박사가 소개한 ‘수확물 이송 로봇’은 국내 중소형 온실에 적합한 크기로 적재량 250kg을 적용했다. 스마트온실 작업 관리시스템과 연동하면 작업자 단말기 인식 후 실시간 온실 작업정보 자동수집과 전송장치로 활용이 가능하다.

주요 주행기능과 스마트 작업기능은 자율주행, 수동주행과 작업위치 인식, 작업자 인식, 작업자 추종, 선별장 자동복귀, 실시간 작업정보 수집 및 전송을 할 수 있다. 또한 실용적으로 사용하기 위해서는 선별장에서 이송된 수확물 자동 배출 기능이 포함돼야 한다고 덧붙였다.

또한, 이송하는 로봇이 사람을 인식하여 따라오는 ‘작업자 추종 로봇’은 수확물의 운반 노력을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있다. 이송로봇과 사람의 거리와 각도 정보를 도출하여 로봇을 제어할 수 있다. 이 로봇은 딥러닝과 뎁스(Depth) 영상을 이용해 로봇과 사람의 거리 및 각도를 인식토록 했다.

양 박사는 “‘농작물 인식 로봇’의 경우 토마토 숙도 등 인식률 96%로 상용화 수준에 도달했다”며 “크기와 숙도를 동시에 분류 가능한 선별기 제작이 가능한 상태”라고 했다. 딸기, 파프리카, 바나나 등의 품목으로 확대도 가능하다. 수확 전 온실 모니터링을 통한 숙도별 수확량을 예측할 수 있으며 수확 자동화 로봇의 인식 기술에도 적용할 수 있다.

‘토마토 생산량 인식 로봇’은 자연광 조건에서 작물의 3단계 숙도를 인식한다. 과실의 개수와 위치도 파악한다. 인식 결과를 바탕으로 생육상태를 분석할 수 있다. ‘작물 생육 상태 모니터링 로봇’은 스테레오 영상을 기반으로 포인트 클라우드 데이터를 생성하고 SLAM 기술을 구현해 작물의 생육 상태, 과실 개수, 위치, 숙도 모니터링을 할 수 있다.

‘스마트팜 상태 모니터링 로봇’은 최대 4.5m 높이까지 관찰이 가능하며 4k 카메라와 GPS와 PAR 센서를 장착했다. 유도선을 따라 주행하며 QR코드를 활용해 식물 객체를 구분한다.

농작업 로봇으로는 ‘토마토 수확 로봇’과 ‘시설원예용 방제 로봇’, ‘스마트팜 청소 로봇’, ‘자율주행 이동 플랫폼 통합관제’와 ‘스마트팜 정식 로봇’ 등이 개발됐다고 밝혔다.

‘토마토 수확 로봇’은 스테레오 카메라를 이용해 수확 대상과 위치를 인식하고 수확 작업부 기계와 로봇 매니퓰레이터 장착을 통해 수확을 수행할 수 있다.

‘시설원예용 방제 로봇’은 DC12V 200W 물펌프 2대로 구성되며 부피 최소화와 구조 단순화가 필수적이다. 방제약통 용량은 150L이며 외부전원 48V를 입력받아 내부적으로는 12V로 작동된다.

또한, 로봇 플랫폼과 통합되어 전 기능을 메인 제어기에서 제어가 가능하다. 전동식 노즐 붐대 높이 조절로 온실 내 무인 자율 이동과 2.5m 높이로 방제할 수 있다. 다양한 이동로봇 플랫폼과 탈착이 가능한 구조로 설계됐다. 유도선 인식 자율주행 기능이 있으며 방제 높이 1.8~3.5m이다. 뎁스 카메라 기반의 자율주행을 하고 방제액이 자동으로 공급된다.

‘스마트팜 청소 로봇’은 적엽이나 청소 결과물을 내부 적재함에 적재한다. 작물 및 가지 침해를 최소화 하여 청소 매커니즘을 적용했다. 흡입부 상승·하강 구조로 스마트팜 배관레일 출입이 가능하다.

‘자율주행 이동 플랫폼 통합 관제’는 SLAM 기반 온실환경 자율주행 기술을 적용했다. 2D 기반 지도 작성 및 위치 인식을 할 수 있으며 통로와 배관레일, 거터로 구성된 온실환경 특화 경로를 계획하고 있다.

해외 로봇 전시회에도 참석한 바 있는 ‘스마트팜 정식 로봇’은 이동 플랫폼에 양팔 로봇을 장착하여 작업을 수행한다. 인공지능으로 정식할 위치를 찾아 정식하며 1개의 모종 정식을 위한 소요시간은 20초이다. 모종 집기용 로봇팔과 배지 파기용 로봇팔, 배지 인식 카메라, 영상처리용 컴퓨터, 로봇팔 제어기1·2, 이동플랫폼 등이 갖춰져야 한다.

한편 스마트팜 정식 로봇 통합관제는 정식작업 영상과 통합관제 영상, 자율주행 처리영상 등으로 가능하다.
한편 이명훈 국립순천대 교수는 ‘중소기업을 위한 R&D 방향 설정’을 발표했다. 스마트팜 관련 기업 현황과 무인이동체 관련 기업 현황 등을 소개했다. 중·대형 무인 농기계 실증 단지 조성이 현실화 되고 있으며 4개 혁신밸리에 스마트팜 ICT장비 검인증 체계가 구축되고 있다.

국립순천대 글로컬 대학 30과 지자체, 대학과 연계한 사업지원도 기대된다. 매년 개최되는 CES 2026에서는 현존하는 첨단기술의 변화를 한눈에 확인할 수 있다. 양자컴퓨팅, 미래 모빌리티, 생성형AI 활용 로봇, 에너지 전환 기술을 추가로 접목할 것으로 전망된다.

체계적인 스마트팜 교육 기반을 조성하고 스마트농업과 관련한 교과편성 기관·기업과의 기술 공유를 통한 네트워크·인프라 구축과 우수기술 활용 멘토링 시스템 구축에도 의미를 부여했다.