토지와 수자원의 제한이 심화됨에 따라 정밀 농업이 발전하고 있는데, 이는 원격 감지 기술을 활용하여 대기 및 토양 환경 데이터를 실시간으로 모니터링함으로써 작물 수확량을 최적화하는 데 도움을 줍니다. 이러한 기술의 지속가능성을 극대화하는 것은 환경을 적절히 관리하고 비용을 절감하는 데 매우 중요합니다.
최근 학술지 'Advanced Sustainable Systems'에 발표된 연구에서 오사카 대학 연구진은 대부분 생분해되는 무선 토양 수분 감지 기술을 개발했습니다. 이 연구는 사용済み 센서 장비의 안전한 폐기 등 정밀 농업 분야의 남은 기술적 난제를 해결하는 데 중요한 이정표가 될 것입니다.
세계 인구가 지속적으로 증가함에 따라 농작물 생산량을 최적화하고 토지 및 수자원 사용을 최소화하는 것이 필수적입니다. 정밀 농업은 센서 네트워크를 활용하여 환경 정보를 수집하고, 필요할 때 필요한 곳에 자원을 적절하게 배분함으로써 이러한 상충되는 요구 사항을 해결하는 것을 목표로 합니다.
드론과 위성은 방대한 정보를 수집할 수 있지만, 토양 수분 및 수분 함량을 측정하는 데는 이상적이지 않습니다. 최적의 데이터 수집을 위해서는 지표면에 고밀도로 수분 측정 장치를 설치해야 합니다. 센서가 생분해되지 않는 경우, 수명이 다한 후 수거해야 하는데, 이는 노동 집약적이고 비현실적일 수 있습니다. 본 연구는 전자적 기능과 생분해성을 하나의 기술로 구현하는 것을 목표로 합니다.
"저희 시스템은 여러 센서, 무선 전원 공급 장치, 열화상 카메라를 포함하여 감지 및 위치 데이터를 수집하고 전송합니다."라고 연구의 주저자인 카스가 타카아키는 설명합니다. "토양 구성 요소는 대부분 환경 친화적이며 나노페이퍼 기판, 천연 왁스 보호 코팅, 탄소 히터 및 주석 도선으로 구성됩니다."
이 기술은 센서로의 무선 에너지 전달 효율이 센서 히터의 온도와 주변 토양의 습도에 비례한다는 사실에 기반합니다. 예를 들어, 평평한 토양에서 센서의 위치와 각도를 최적화할 때, 토양 수분이 5%에서 30%로 증가하면 전송 효율이 약 46%에서 약 3%로 감소합니다. 열화상 카메라는 해당 지역의 이미지를 촬영하여 토양 수분과 센서 위치 데이터를 동시에 수집합니다. 수확이 끝나면 센서를 토양에 묻어 생분해되도록 할 수 있습니다.
가스가 교수는 "0.4 x 0.6미터 크기의 시범 재배지에서 12개의 센서를 사용하여 토양 수분이 부족한 지역을 성공적으로 촬영했다"며, "이를 통해 우리 시스템은 정밀 농업에 필요한 높은 센서 밀도를 처리할 수 있음을 입증했다"고 밝혔다.
본 연구는 자원 제약이 심화되는 세상에서 정밀 농업을 최적화할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 센서 배치 불량, 경사각이 불규칙한 거친 토양, 그리고 토양 수분 함량 외의 다른 토양 환경 지표 등 이상적이지 않은 조건에서도 연구진의 기술 효율을 극대화할 수 있다면, 전 세계 농업계에서 이 기술이 널리 활용될 수 있을 것입니다.
게시 시간: 2024년 4월 30일