과수 재배는 수분, 적과, 전지, 전정, 수확 등 수작업 의존이 매우 높은 품목이다. 과수의 모양은 입체적(3차원)으로 복잡해서 기계화는 더디다. 게다가 일본에서 과수 재배자들의 연령은 60대가 가장 많다. 재배자들은 고령화가 빠르게 진행되고 있음에 따라 적은 인력으로도 과수 재배산지를 유지할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.

일본 농연기구, 리츠메이칸 대학(立命館大学) 및㈜덴소(株式会社デンソー)는 이러한 배경에서 과수 재배의 생력화(laborsaving)를 위한 작업용 기계의 자동화, 로봇화 및 이에 적합한 수형 개발을 추진해왔다.

배와 사과의 수확 로봇의 개발은 그 일한으로 일본 농연기구의 ‘혁신기술개발 · 긴급 전개사업(인공 지능 미래 농업 창조 프로젝트 : AI 프로)’이 주관 기관이며, 리츠메이칸 대학이 과일 인식, 수확시기 판정 등의 소프트웨어를 개발했고, ㈜ 덴소가 수확 로봇의 하드 개발을 담당했다.

이번에 개발된 배와 사과 수확 로봇 시제품(Prototype)의 특징은 자동 주행 차량에 견인되면서 2개의 팔로 수확기에 도달한 과일만을 판정한 후 선택적으로 수확한다. 과일을 수확하는 손은 세 개의 손가락으로 구성되어 있으며, 과일이 손상되지 않을 정도의 힘으로 과일을 잡은 다음 손의 회전력에 의해 과일을 딴다.

수확한 과일은 자동 주행 차량 화물칸에 설치된 컨테이너에 전송된다. 컨테이너에 열매가 가득 차면 빈 컨테이너와 자동으로 교환되면서 수확은 계속된다. 과일 1개 수확에 걸리는 시간은 11초로 사람이 수확하는 속도와 거의 같다.

이 로봇의 과일 인식 및 숙도 판정의 정확도는 주야간에 관계없이 90% 이상이며, 한 군데에서 수확이 끝나면 자동 수확 로봇에 장착된 카메라에 의해 다음에 수확한 과일을 인식하고 차량이 자동으로 이동해서 수확하는 시스템으로 되어 있다.

일본 농연기구에서 선보인 배와 사과 수확 로봇은 비록 시제품이지만 실증시험의 반복에 의한 안정성과 정확성의 향상, 수확물의 자동하역 기능의 강화 등에 의한 실용화는 멀지 않아 보인다.

다만, 이 로봇이 상용화가 되어도 과수의 수형이 V자형이 아니면 적용성이 크게 떨어진다. V자형은 각종 기계작업에 용이한 수형이지만 관행과 과수의 생리적인 측면, 수확량 등의 여러 가지 요인으로 활용하지 않는 농가들도 있다. 하지만 과일 수확 로봇 개발과 농촌 인력 부족이 말해 주듯 과수 재배 현장도 기계화, 로봇화로 빠르게 전환되고 있으므로 신규 과원 조성 등을 하는 농가에서는 수형도 경영의 효율화 측면에서 시대에 맞게 선택 활용하는 지혜가 필요하다.

자료 출처

Yuki Onishi, et al. 2019. An automated fruit harvesting robot by using deep learning. ROBOMECH Journal 6(13):1-8.

日本農研機構. 2020. 果実収穫ロボットのプロトタイプを開発 - 人とほぼ同じ速度でのリンゴやナシなどの果実収穫を実現 - . プレスリリース(2020年 12月 23日).