축산 및 식품 유통 분야에서 생산성 향상과 품질 관리를 위해 활용되는 ICT 기술 및 스마트 모니터링 시스템의 사례와 특징 doc_id PCY_201904090513245281_5

앞의 PIGWISE가 비전 시스템을 활용한 사례라면, SoundTalks는 돼지의 음성을 이용하여 건강상태를 체크하는 기술이다. 현재는 돼지 이외에 소와 육계, 산란계에도 이러한 기술이 활용된다. SoundTalks는 벨기에의 가톨릭 루벤대학교(KU leuven)와 이탈리아의 밀라노 대학교(UNIMI)가 공동으로 연구하여 개발한 시스템이다. 구체적으로는 세 가지 서로 다른 유닛으로 구성되는데, 루벤대학교에서 M3-Biores와 PMA라는 장치를 그리고 밀라노 대학에서 Sound Talks를 각각 개발하여 연결하였다. M3-Biores는 루벤대학교 농업공학연구소에서 개발한 것으로 동물의 행동에 대한 연구를 기초로 하여 만들어진 시스템이다. 생산 공학, 기계 설계 및 자동화의 의미인 PMA는 루벤대학교 기계공학과 소음 진동 연구그룹에서 개발한 시스템으로, 이 그룹에서는 주로 음성데이터 수집과 분석장치를 개발하는 역할을 담당했다. 밀라노 대학교의 SoundTalks는 동 대학의 생명공학 그룹(Bioengineering group)에서 개발했다. 어린돼지 단계에서 호흡기 질병에 걸리면 성장이 지연되는 등 손실이 크다. 이런 이유로 이 장치를 이용하면 호흡기 질병을 미리 살피어 확산을 막을 수 있고, 질병 조기탐지로 항생제 등의 사용을 줄일 수 있다. SoundTalks를 이용하는 농가들이 점차 증가하면서 실제로 농민들의 총 수익 증가에 기여하고 있다는 평가를 받고 있다. 또한 예기치 않게 제약업계에서 신제품 개발을 위한 연구비 절감효과도 거두고 있고, 2017년도에는 벨기에의 10대 혁신 창업기업에 선정되기도 하였다. 돼지의 기침 상태로 가축의 질병상황을 분석하는 시스템은 SoundTalks 외에도 네덜란드 Fancom 사가 유명하지만, SoundTalks는 기침 분석의 핵심기술인 특유의 소프트웨어 모듈로 세계시장 진출을 하는 강소기업이다. 기존에도 CCTV를 돈사에 설치하여 돼지의 성장 및 행동을 모니터링하는 데 활용했지만, 단순히 화면을 통해 돼지의 행동을 보는 데 그치는 수준이었다. 하지만 이 시스템은 얻어진 영상정보를 분석하여 농가에 제공하는 수준까지 가능하다. eYeSCAN 장치는 컴퓨터와 분석장치 그리고 8대의 카메라가 한 세트로 구성된다. 아래 그림은 이 시스템의 개요이다. 카메라를 통해 돈방 내 돼지의 행동을 실시간 모니터링하고, 기록된 영상을 통해 분석시스템에서 돼지의 행동 상태를 평가할 수 있다, 그뿐 아니라 비육돈의 체중이 자동적으로 추정되어 출하시기를 결정한다. 이 장치의 추정치는 실제 체중과 오차범위도 아주 미미하며, 점점 오차범위가 줄어들고 있다. 기존에도 출하 선별기를 이용하여 돼지의 체중을 측정하여 출하 시기를 결정할 수 있었다. eYeSCAN 시스템은 기존 방법과 달리 실시간 측정이 가능하고, 돼지에 스트레스를 주지 않고 체중을 측정할 수 있다는 것이 장점이다. 나아가 돼지의 섭식행동, 개체별 사료섭취량 정보를 분석하여 실시간으로 사료효율을 자동으로 분석하여 제공한다. 그 때문에 관리 노동력을 줄일 수 있고, 사료비도 절감할 수 있어 생산성 향상에 도움을 준다. 스페인의 경우 EU의 동물복지 정책에 따라 단계적으로 축사를 개조해 나가면서 가금 사육시설의 시장이 급속하게 커졌다. 2020년에는 전 농장에 전체 방사형태의 동물복지시설 설치가 의무화된다. 이 과정에서 빅더치만은 시장의 우위를 점하기 위한 전략 중 하나로 축사 ICT화를 추진하였다. 빅더치만이 생산 공급하고 있는 ICT 장착 축사시설은 환경 사양을 유지할 수 있음은 물론, 자동 조절이 가능하도록 시스템이 설계되어 있다. 이 시설을 장착한 농가에서 산란율이 높아지는 등 효과도 인정받고 있다. 산란계 시설의 경우 농가 규모가 대부분 대규모이기 때문에 빅더치만은 음수/사료 급이 시스템, 온 습도 환경 조절기, 환풍기 등으로 구성된 패키지 형태의 시설을 생산하여 판매한다. 축사시설에 ICT 장비를 장착한 이후, 각 농장의 사료 효율과 같은 생산성 관련 자료들이 농가로부터 빅더치만으로 자동으로 전송된다. 빅더치만은 이 자료를 분석하여 사육환경 개선 및 생산성 향상에 대해 컨설팅하는 등 컨설팅 부문까지 업무 영역을 확대하는 계기가 되었다. 한편, 스페인 양계부문의 경우 농가당 평균 폐사율이 2~3%이다. 만일 폐사율이 5%를 넘으면, 사설 방역 회사가 원인 규명에 대한 조사를 하도록 되어 있다. 미들웨어는 각 측정 요소들에 대한 데이터 요청 및 수집 그리고 관리자 컴퓨터와의 통신을 위한 무선 모뎀 인터페이스 제공과 관련한 기능을 지원한다. 사료빈 인터페이스를 지원하며 온도, 급수량, 수압과 같은 측정요소들은 4개 단위로 확장해서 연결할 수 있는 디지털 아날로그 신호 입력 기능이 있으며 환경 설비들에 대한 ON/OFF 제어용 릴레이 인터페이스를 내장한 릴레이 보드를 지원한다. 내부 버스 구조는 RS-485 통신 규격을 사용하며 각 입출력 모듈들은 고유 ID를 지정하여 관리자 프로그램을 통한 시스템 확장성 및 유연성 지원이 가능하다. 또한, 관리자 컴퓨터와 통신할 수 없을 때 내부 메모리 장치를 이용하여 데이터를 저장하며 정상적인 통신이 재개되면 데이터를 송신하는 자동저장 기능을 지원한다. 가장 큰 특징은 순간 정전 발생 시에도 미들웨어에 연결된 장치가 정상적으로 작동되게 되어 있으며, 보드 고장 시 이중화 기능을 통해 정상작동이 가능하다. 아울러 각종 네트워크 기능을 옵션방식으로 선택하여 외부에서 직접적인 제어가 가능하다. 이탈리아의 Parma대학과 Conad 사는 체리 농장으로부터 소비지 판매점까지의 유통과정에서 온도관리 상태를 파악하기 위해 온도 센서 RFID 태그를 사용하였고(2007년), 온도 센서를 이용한 RFID 태그는 현재 칠레의 아보카도 생산 업체인 Rio Blanco 사, 델몬트, Capespan 등의 거대 농산물 유통업체에 의해서도 도입을 검토 중이다. 노르웨이에서는 RFID 센서태그를 이용하여 냉장 육류에 슈퍼칠드 방법(super-chilled, 식품 온도를 섭씨 0℃ 이하로 유지해 박테리아의 증식을 방지하고 육류의 품질을 유지함)을 적용하고 있다. 도축 처리된 양고기는 RFID 리더가 설치된 트럭을 통하여 물류 센터로 배송되며, 트럭 내부의 온도 측정을 위하여 온도 센서태그 9개가 설치하였고 양고기에도 태그의 탐침을 삽입해 양고기 자체의 온도 변화를 측정하여 트럭의 RFID 리더가 운송 중에 각 태그의 ID와 온도 센서 정보를 10분마다 수집한다. 국외에서도 RF 센서태그를 활용하여 사물인터넷 기반의 식품 유통 및 물류 관리 시스템이 개발되고 있다. 미국 Infratab 사의 FreshTimeTM은 Semi-passive 형태의 RFID 센서태그를 개발하여 누적된 온도변화에 따른 품질예측을 센서에 부착된 LED를 통해서 알려주는 기능을 개발하였다. 그러나 개발된 기술은 유통 과정 중 실시간 모니터링 및 위치추적이 불가능하여 사전통제가 어려운 단점이 있다. 이스라엘 StePac의 품질모니터링 프로그램인 Xsense 기술은 개발된 RFID 태그를 이용하여 유통과정에서의 온 습도 등의 실시간 정보를 화주와 물류 유통 업체가 모니터링 할 수 있는 기술을 개발하였다. 그러나 식품의 품질정보에 대한 data 및 모델링 연구가 구축되어 있지 않아 유통과정 중 단순한 온 습도 모니터링만 가능한 단점이 있다. 터키의 Alvin System 사는 부패하기 쉬운 과일, 채소, 포장 식자재, 화훼, 어류 등과 같은 제품에 대해 KSW Microtec 사와 Tempsense RFID-Temperature Sensor Label을 사용하여 운송 및 저장 기간 동안 온도에 민감한 제품의 상태를 모니터링하는 솔루션을 제공하고 있다.