머신 비전은 상추 수확 자동화를 어떻게 돕는가
상추는 유럽과 미국에서 가치 있는 작물이지만, 노동력 부족으로 이 노지 채소를 수확하기 어렵습니다. 수확 의무를 이행하기 위해 충분한 계절 노동력을 찾는 것이 이 분야의 가장 큰 문제 중 하나이기 때문입니다.
또한 임금 인상률이 생산자 가격 상승을 앞지르면서 마진이 매우 적습니다. 영국의 농업 기술 및 기계 전문가들은 독일 오버줄름에 본사를 둔 IDS Imaging Development Systems GmbH와 협력하여 상추 수확을 자동화하는 로봇 솔루션을 개발하고 있습니다.
이 팀은 Innovate UK가 자금을 지원하는 프로젝트를 진행 중이며, 농기계 제조사 Grimme의 전문가, 에든버러의 Agri-EPI 센터, 뉴포트의 Harper Adams 대학교, 브리스틀의 잉글랜드 서부대학교 머신 비전 센터, 그리고 영국 최대 상추 생산업체 두 곳인 G's Fresh와 PDM Produce가 참여하고 있습니다.
프로젝트에서는 기존 대파 수확 기계를 개조해 상추를 땅에서 들어 올리고 압착 벨트 사이에 끼웁니다. 상추의 겉잎, 즉 겉싸개 잎은 기계적으로 제거되어 줄기가 드러납니다. 이후 머신 비전과 인공지능이 줄기에서 정확한 절단 지점을 찾아 상추 머리를 깔끔하게 분리합니다.
“G의 자회사인 Salad Harvesting Services Ltd.의 동료들에 따르면, 아이스버그 상추를 자르는 과정은 자동화에서 기술적으로 가장 까다로운 단계입니다. 개발 중인 수확 로봇 시제품에는 uEye FA 시리즈의 GigE Vision 카메라가 탑재됩니다. 이 카메라는 특히 내구성이 뛰어나 가혹한 환경에 적합하다고 알려져 있습니다. 옥외에서 사용되기 때문에 IP65/67 등급의 보호 하우징이 필요합니다”
선택된 모델은 소니의 글로벌 셔터 방식 소형 CMOS 센서 IMX264를 탑재한 GV-5280FA-C-HQ입니다.
“이 센서는 주로 다용도성 때문에 선택되었습니다. AI 처리에는 전체 해상도가 필요하지 않아 비닝으로 감도를 높일 수 있습니다. 센서 포맷이 커서 광각 광학계도 필요하지 않습니다”
수확 로봇 시제품은 시즌 막바지에 영국에서 야외 현장 시험에 사용될 예정입니다.
“우리는 이 프로젝트에 참여하게 되어 기쁘며 결과를 기대하고 있습니다. 계절 노동력 부족을 메우는 데 그치지 않고 상추 수확을 자동화하고 효율을 높일 잠재력이 있다고 확신합니다”
농업 부문이 직면한 과제는 정말 복잡합니다. 유엔 식량농업기구(FAO)의 전망에 따르면, 급격한 인구 증가로 인해 2050년까지 농업 생산성은 2012년 대비 거의 50% 증가해야 합니다.
이러한 생산량 기대치는 농업 분야에 큰 도전입니다. 다른 분야에 비해 디지털화 측면에서 아직 초기 단계에 있으며, 기후 변화와 노동력 부족으로 이미 혁신에 대한 강한 압박을 받고 있기 때문입니다.
미래 농업은 네트워크 장치와 자동화를 기반으로 합니다. 카메라는 중요한 구성 요소이고, 인공지능은 핵심 기술입니다. 수확 로봇 같은 지능형 응용 프로그램이 이에 크게 기여할 수 있습니다.
2021년 여름, 엔지니어들이 머신러닝을 활용해 일반 작물뿐 아니라 까다로운 농작물까지 식별하고 수확하는 채소 수확 로봇을 개발했다는 소식이 전해졌습니다.
케임브리지 대학교 팀이 개발한 Vegebot은 처음에 실험실 환경에서 아이스버그 상추를 인식하고 수확하도록 훈련되었습니다. 현재는 지역 청과 협동조합 G's Growers와 협력하여 다양한 노지 환경에서 시험을 성공적으로 마쳤습니다.
이 시제품은 사람만큼 빠르고 효율적이지는 않지만, 아이스버그 상추처럼 기계로 수확하기 특히 어려운 작물에도 농업 로봇을 활용할 수 있는 가능성을 보여줍니다.
감자와 밀 같은 작물은 수십 년 전부터 기계로 수확해 왔지만, 다른 많은 작물은 여전히 자동화에 저항해 왔습니다. 아이스버그 상추도 그중 하나입니다. 영국에서 가장 널리 재배되는 상추 종류임에도 불구하고, 아이스버그는 쉽게 손상되고 땅과 거의 평평하게 자라서 수확 로봇에게 문제가 됩니다.
“모든 밭은 다르고, 모든 상추도 다릅니다. 하지만 수확 로봇이 아이스버그 상추를 다룰 수 있다면, 다른 많은 작물에도 적용할 수 있을 것입니다”라고 케임브리지 공과대학의 사이먼 버렐이 말했습니다.
Vegebot은 먼저 시야에서 수확 대상을 식별하고, 그다음 특정 상추가 건강하며 수확 준비가 되었는지 판단한 뒤, 마지막으로 짓이기지 않고 식물의 나머지 부분에서 상추를 잘라 슈퍼마켓에 진열할 준비가 되도록 합니다. 사람에게는 이 모든 과정이 몇 초면 끝나지만, 로봇에게는 정말 어려운 작업입니다.
