Ⅰ. 서 론

  최근 온난화에 의한 양식장 어패류의 집단폐사는 국내 수산업에 큰 피해를 미치고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국내에서는 스마트 양식 클러스터 조성을 통해 시범사업으로 스마트 양식장 보급을 계획하고 있다. 국외에서는 시범 사업 등을 통해 스마트 양식관련 기술이 상당히 성숙한 상태이나 [1], 국내에서는 아직 기술적으로 초기단계에 머무르고 있다. 본 기고문에서는 스마트 양식을 구현하기 위한 필요기술 및 스마트 양식의 국내외 동향을 간단히 소개하고자 한다.

Ⅱ. 스마트 양식 기술의 개요

스마트 양식기술이란 4차 산업의 핵심인 IT 기술을 접목하여 양식장을 원격으로 자동관리 하는 기술이다. 구체적으로는, 멀리서도 스마트폰의 앱으로 양식장의 각종 시설을 관리하며, 어류의 상태를 소형의 수중드론을 통해 실시간으로 모니터링 하는 기술을 의미한다. 스마트 양식기술의 많은 부분은 해양환경 모니터링 기술 [2∼6] 과 밀접한 관련이 있으며, 그림 1에서 보는 바와 같이 다음과 같이 분류될 수 있다.

IoT 기반 원격 모니터링 기술

- 환경측정 센서 및 수중카메라를 통해 양식장 오염 및 환경 상태를 실시간으로 원격으로 모니터링 하는 기술
- 영상 카메라를 통해 어류의 개별 인식하는 기술
- 수중 영상을 통해 어류의 크기와 무게를 추정하는 기술

AI 기반 양식장 자동 관리 기술

- 어류의 먹이행동 데이터를 기반으로 수온·용존산소·염분등 사육환경 에 따라 적정 사료를 공급하는 기술
- 수온·용존산소·염분의 변화가 발생하는 경우, 이를 자동으로 조절하는 기술

수중 로봇 기반 양식장 유지 · 보수

  수중 드론 및 로봇을 통한 양식장 청소, 유지 · 보수 및 관리를 수행하는 기술

III. 스마트 양식 기술 국내외 동향

  스마트 양식관련 기술개발을 가장 활발히 수행하고 있는 곳은 유럽으로, EU 변화감시센터(European Monitoring centre on change)에서는 E-AQUA 프로젝트를 통해 양식장 내 생육환경 정보를 수집·분석하는 기술을 개발하고 있으며, 유로펀드를 통해 양식장 빅데이터 및 분석 표준 구축 등 환경친화적 양식 정보를 제공하는 기술 개발을 수행하고 있다.
  아시아의 경우 ICT 파일럿 프로젝트를 통해 필리핀, 일본, 태국 간 협력으로 양식장 수질(용존산소, 수온, PH농도, 투명도) 및 환경(온도, 습도 등)등을 모니터링하고, 수중환경 정보 DB 구축 및 실시간 제공 기술을 개발하고 있다 [1].
  회사별 개발동향은 다음과 같다. 노르웨이의 AKVA(사)는 관리에서부터 유통·판매 분야에 이르기 까지 전 과정 통합 솔루션을 제공하고 있으며, 가두리 양식장과 양식 관재소간의 양식환경을 무선센서를 통해 실시간·지속 모니터링 가능토록 한 스마트 양식 시스템을 개발하였다. 그림 2는 AKVA(사)가 개발한 스마트 양식 시스템을 보여준다 [8].

  노르웨이 기업 살마(사)(SalMar ASA)는 높이 68m 지름 110m 규모로 2만여 개의 사물인터넷(IoT) 기반 센서를 장착한 차세대 외해양식용 해상 플랫폼 Ocean Farm 을 건조하고 이를 노르웨이에서 3마일 떨어진 해상에 배치하였다 [9]. 그림 3은 Ocean Farm을 보여준다. 플랜트에 2만 여개의 IoT 기반 센서를 장착하고 150만 마리의 연어를 사육 중에 있으며, 2018년부터 상용화를 위한 시험생산을 수행하고 있다 [9]. 5G 기술을 이용해 연어등 양식 어종들의 움직임과 형태를 실시간으로 모니터링 함으로써 성장 데이터를 분석하고 있으며, 양식장 물의 온도, 산소 농도, 산성도를 실시간으로 측정하고 제어하는 모니터링 시스템이 갖춰져 있어 스마트폰이나 컴퓨터를 통해 언제 어디서든 연어 양식장을 모니터링하고 수질을 관리할 수 있다. 그리고, 물의 산소 농도, 온도 등에 따라 적절한 사료 양이 컴퓨터로 계산되고 대형 파이프로 자동으로 공급되고 있다.

  노르웨이 연어양식장들은 “연어여권(Salmon Passport)”을 만들어 연어를 한 마리씩 관리하고 있다 [10]. 연어가 수면으로 올라올 때 3D 레이저 스캐너로 연어 얼굴을 인식해 신분증을 만들고 한 마리씩 이력을 관리하고 있다. 연어가 바다 이(sea lice)등을 통해 전염성 질병에 감염된 경우 연어여권을 통해 감염된 연어를 식별하여 격리조치를 취한다. 그림 4는 3D 레이저 스캐너를 이용한 “연어여권(Salmon Passport)”을 보여준다.

  MIT는 프레펠러를 이용하여 최적의 환경으로 이동가능한 로봇형 양식장을 개발하여 푸에르토리고 앞바다에 설치하였다. 이 양식장은 직경 28m인 거대한 원형 그물망 안에 있다 [11].

  국내의 경우, 해수부가 부산 기장군과 경남 고성에 스마트양식 클러스터를 조성하여 2019년부터 2021년까지 400억을 투입하여 스마트 양식기술을 개발하고 있다 [12]. 구체적으로는 IoT(사물인터넷)기술을 이용해 양식장 수질환경 모니터링 및 생육환경을 제어하고, 모바일 기기를 통해 양식장 원격관리가 가능한 지능형 양식 시스템 구축을 목적으로 하고 있다.
  제주특별자치도 해양수산연구원은 산·학·연 공동 사업단을 선정하여 'ICT 기반 스마트 광어양식 기술개발 연구’를 추진하고 있으며[13], 경남 하동 앞바다의 숭어 양식장에서는 수중드론에 수중 카메라인 '어체측정장치'를 부착하여 물고기의 길이를 파악해 무게를 추산하는 시스템을 시범적으로 운영하고 있으며, 이를 토대로 '먹이 공급장치'는 사료의 양을 자동으로 결정하고 있다 [14].

IV. 스마트 양식 응용을 위한 지능형 디바이스 개발

  그림 6은 본 기고문에서 제안하는 경량형 스마트양식용 지능형 디바이스의 구조이다. 모니터링 대상인 온도, 염분, 수온등의 데이터를 센서로부터 읽어서 이를 관측센터에 주기적으로 전송하고자 하며, 수중카메라를 통해 5G로 수중영상을 전송하는 경우 FPGA (Field Programmable Gate Array)를 이용하여 통신 chip을 구현할 수 있다. 제어부와 인공지능 부분은 각각 MCU (Micro Control Unit)와 APR 기반의 프로세서를 이용하여 구현할 수 있다. 궁극적으로 스마트 양식 시스템의 경량화를 위해서 제어부와 인공지능부도 FPGA로 구현해야 한다.

V. 결론

  최근 국내외에서 스마트 양식 기술을 널리 연구하고 있다. 유럽에서는 노르웨이의 AKVA(사)는 관리에서부터 유통·판매 분야에 이르기 까지 전 과정 통합 솔루션을 제공하고 있으며, 가두리 양식장과 양식 관재소간의 양식환경을 무선센서를 통해 실시간·지속 모니터링 가능토록 한 스마트 양식 시스템을 개발하였다. 살마(사)(SalMar ASA)는 높이 68m 지름 110m 규모로 2만여 개의 사물인터넷(IoT) 기반 센서를 장착한 차세대 외해양식용 해상 플랫폼 Ocean Farm 을 건조하고 이를 노르웨이에서 3마일 떨어진 해상에 배치하였다.
  국내의 경우, 해수부가 부산 기장군과 경남 고성에 스마트양식 클러스터를 조성하여 2019년부터 2021년까지 400억을 투입하여 스마트 양식기술을 개발하고 있으며, 경남 하동 앞바다의 숭어 양식장에서는 수중드론에 수중 카메라인 '어체측정장치'를 부착하여 물고기의 길이를 파악해 무게를 추산하는 시스템을 시범적으로 운영하고 있다.
  이러한 스마트양식의 국내보급을 위해서는 스마트 양식 디바이스의 국산화가 필요하며, 이를 위해 저가의 스마트양식용 지능형 디바이스의 개발이 필요하다.

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  윤 영교수

  • 소속  한국해양대학교 전파공학과
  • 이메일  yunyoung@kmou.ac.kr
  • 주 관심분야
    디지털 통신용 FPGA 설계, 무선통신용 MMIC/RFIC, 유연성 박막용 RF 소자
  • 경력
    1993년 2월: 연세대학교 전자공학과 (공학사)
    1995년 2월: 포항공과대학교 전자전기공학과 (공학석사)
    1999년 3월: 일본 오사카 대학교 전기공학과 (공학박사)
    1999년 4월～2003년 9월: 마쯔시따전기(파나소닉) 반도체 디바이스 연구센터 MMIC/RFIC 연구그룹
    2003년 9월～현재: 한국해양대학교 전파공학과 교수