生 벌, 정보 수집에 투입한다
生 벌, 정보 수집에 투입한다
  • 함예솔
  • 승인 2018.12.18 06:10
  • 조회수 1393
  • 댓글 0
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드론으론 부족해. 출처: pixabay
드론으론 부족해. 출처: pixabay

그동안 농부들은 드론을 이용해 작물의 상태, 작물이 재배되는 곳의 온도, 습도 등을 파악할 수 있었는데요. 문제는 드론이 비행하기 위해서는 많은 전력이 소모되기 때문에 전력 공급이 이뤄지지 않으면 멀리까지 드론을 띄울 수 없다는 점이었습니다. 그런데 'ACM MobiCom 2019 conference'에서 워싱턴대학교 연구진이 벌에 장착할 수 있을 만큼 크기가 작은 센싱 시스템(Sensing system)을 개발했다고 발표해 주목 받았습니다.

 

벌에 장착된 센싱시스템. 출처: 유튜브/Paul G. Allen School
벌에 장착된 센싱시스템. 출처: 유튜브/Paul G. Allen School

 

센싱 시스템(Sensing system)이란 정밀농업기계 시스템 기술 중 하나인데요. 정밀농업을 현장에 적용시키기 위해 필요한 시스템입니다. 참고로 정밀농업이란 비료와 농약의 사용량을 줄여 환경을 보호하면서도 농작업의 효율성을 향상시킴으로써 수지를 최적화하는 것이 목적입니다.

 

연구진이 개발한 센싱 시스템에는 아주 작은 크기의 재충전 배터리만 넣어주면 됐는데요. 드론과 다르게 벌은 스스로 비행이 가능하기 때문입니다. 벌이 장착할 수 있는 센싱 시스템에 들어간 배터리가 무려 7시간 동안 유지됐습니다. 심지어 밤에 벌이 먹이 찾기를 마친 뒤 벌집에 들어가기만 하면 충전이 이뤄지는 시스템을 구축했습니다.

 

이번 연구의 책임저자인 Shyam Gollakota 교수는 "드론은 재충전 없이는 10~20분 정도밖에 비행할 수 없다"며 "벌은 수 시간 동안의 데이터를 수집할 수 있다"고 전했습니다. 연구진은 최초로 드론 대신 곤충을 이용한 센싱 시스템이 가능하다는 것을 보여줬는데요. 이 시스템을 만들기 위해 연구진은 두 가지의 문제점을 해결해야 했습니다. 
 

이정도는 나를 수 있나? 출처: 유튜브/Paul G. Allen School
이정도는 나를 수 있나? 출처: 유튜브/Paul G. Allen School


첫째는 연구진은 곤충이 물체를 나를 수 있는 무게가 제한적이라는 점입니다. 둘째, 드론의 위치를 알려주는 기술인 GPS 수신기를 이 기술에 적용하기에는 지나치게 많은 전력이 소모됩니다. 따라서 연구진은 곤충이 운반하기에 적합하면서도, 위치까지 감지해낼 수 있는 센싱 시스템을 개발해야 했습니다.

 

연구진은 센싱 시스템을 운반하기 적합한 곤충으로 호박벌(bumblebees)을 선정했는데요. 호박벌은 이 시스템을 운반하기에 몸집이 충분히 컸기 때문입니다. 또한 배터리를 무선으로 충전하기 위해서는 매일 밤 벌집에 돌아가야 했는데, 호박벌이 이에 적합한 습성을 가지고 있던 것입니다.

 

쌀 7톨에 해당하는 무게. 출처: Mark Stone/University of Washington
쌀 7톨에 해당하는 무게. 출처: Mark Stone/University of Washington

연구진은 센싱 시스템의 무게를 102mg(0.102g)에 맞춰 고안해냈는데요. 이는 생쌀 7톨에 해당하는 무게입니다. 이 무게 중 약 70mg은 센싱시스템을 충전하기 위한 배터리의 무게였기 때문에 위치 인식 시스템이나 센서와 같은 나머지 부품의 무게는 30mg 정도에 맞춰야 했습니다. 

 

또한, 벌의 위치를 파악하기 위해서는 GPS 수신기를 장착해야 했는데요. 문제는 GPS 수신기는 전력 소모가 너무 심하기 때문에 연구팀은 벌의 위치를 알아낼 다른 방법을 생각해야 했습니다. 연구진은 이를 위해 기지국에서 특정 지역으로 신호를 방출하는 다중 안테나를 설치했는데요. 이 신호는 벌에게 장착된 센싱 시스템의 수신기로 수집해 GPS 수신기 없이도 벌의 위치를 알 수 있었습니다. 또, 신호의 강도나 기지국과 벌 위치에 따른 각도 차이 등을 이용한 삼각측량법으로 벌의 위치를 알아낼 수 있었다고 합니다.

 

이번 연구의 공동 저자이자 박사과정인 Anran Wang은 "우리는 위치 인식 시스템을 테스트하기 위해 축구장에서 실험했다"며 "우리는 경기장 한쪽에 4개의 안테나를 설치해 기지국을 설치하고, 안테나에서 멀리 떨어진 곳에서 센싱 시스템이 장착된 벌을 풀었다"고 전했습니다. 덧붙여 "우리는 축구장 길이의 4분의 3에 해당하는 80m이내에서 벌의 위치를 탐지할 수 있었다"고 밝혔습니다. 

 

벌과 함께~ 출처: 출처: Mark Stone/University of Washington
벌과 함께~ 출처: 출처: Mark Stone/University of Washington

이밖에도 연구진은 센싱 시스템에 온도와 습도 그리고 광도를 모니터링할 수 있는 소형 센서를 추가했는데요. 이러한 방식으로 센싱 시스템을 장착한 벌은 데이터를 수집하고 벌의 위치에 따른 일지를 기록해 결론적으로는 농장 전체에 대한 정보를 수집할 수 있습니다.

 

이렇게 수집된 자료는 '후방산란(backscatter)'이란 방식으로 업로드 할 수 있다고 하는데요. 이 방식은 근처 안테나에서 전송된 전파를 반사해 정보를 공유하는 것을 말합니다. 하지만 현재의 센싱 시스템에서는 약 30킬로바이트의 데이터만을 저장할 수 있기 때문에 향후 연구진은 농부들에게 작물의 상태에 관한 정보를 실시간으로 제공해 줄 수 있도록 카메라가 달린 센싱 시스템을 개발하려고 하고 있습니다.

 

날아가라~정보 좀 모아와바~ 출처: Mark Stone/University of Washington
날아가라~정보 좀 모아와바~ 출처: Mark Stone/University of Washington

 

연구진은 이 기술로 곤충이 센싱 시스템을 운반하게 된다면 드론과 같은 전자 물체가 감지할 수 없던 것들까지도 감지할 수 있기 때문에 농장에 더 유익할 수 있다고 하는데요. 무작위로 비행하는 드론과 달리 벌은 선호하는 행동 양식이 있기 때문에, 벌을 이용할 경우 농작물이 자라는 곳의 환경 뿐 아니라 벌의 행동까지도 연구할 수 있을 것으로 보입니다.

 

 

##참고자료 ##


Vikram Iyer., et al. “Living IoT: A Flying Wireless Platform on Live Insects”, ACM MobiCom conference, 2019. 


 


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