지구온난화 영향으로 세계 곳곳에서 가뭄이 심해지고 있다. 농업에 쓸 물이 모자란 곳도 늘어났다. 과학자들이 농업의 물 부족 문제를 해결할 기술을 개발했다. 로봇이 목마른 나무를 골라내 부족한 물을 더 효율적으로 사용하는 방법이다.
미국 리버사이드 캘리포니아대(UC리버사이드) 엘리아 스쿠디에로(Elia Scudiero) 교수 연구진은 “오렌지 농장에서 나무마다 다른 토양 수분량을 지도로 만들어 물을 주는 적절한 시기와 장소를 파악할 수 있도록 했다”고 2일(현지 시각) 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘농업 컴퓨터전자공학’에 실렸다.
◇자기장 센서 달고 수분량 측정
연구진은 토양 수분량을 재는 반자율주행 로봇을 개발했다. 본체는 캐나다 클리어패스 로보틱스(Clearpath Robotics)사의 자칼(Jackal)이라는 모델이다, 크기는 가로 43㎝, 세로 51㎝, 높이 25㎝이다. 로봇은 비포장 도로나 농장처럼 고르지 않은 지형도 주행할 수 있다.
로봇의 핵심 기술은 토양의 수분량을 재는 전자기 유도(EMI) 센서이다. 1831년 영국의 물리학자 마이클 패러데이는 자기장이 바뀌면 전류가 흐른다는 전자기 유도 법칙을 발견했다. EMI 센서는 같은 방법으로 자기장 센서로 전류가 얼마나 잘 흐르는지 알아낸다. 땅에 물이 많으면 전류가 더 잘 흐른다.
연구진은 차체의 금속 부품이 센서 측정에 영향을 주지 않도록 차량 앞에 35㎝ 길이 비금속 막대를 달고 끝에 EMI 센서를 장착했다. 로봇이 이동하면서 땅속 전류량을 측정하고 이를 근거로 수분량까지 알아낸다. 연구진은 ‘현대판 로봇 수맥 탐지봉’이라고 불렀다.
연구진은 대학의 연구용 오렌지 농장에서 로봇이 이동하면서 EMI 센서로 토양의 수분 함유량을 측정하도록 했다. 동시에 12㎝ 길이의 EMI 전극봉을 20군데에 꽂아 지표면에서 12㎝ 깊이의 수분량을 측정했다. 연구진은 두 측정 데이터를 통합해 과수원 전체의 토양 수분량 지도를 만들었다. 지도를 보면 어떤 나무가 목마른지 한눈에 알 수 있다.
◇병충해 막고 지하수 오염도 방지
지금도 EMI 센서를 땅속에 꽂아 토양의 수분량을 잴 수 있지만 제한적인 정보만 얻을 수 있다.스쿠디에르 교수는 “땅속에 센서가 설치된 바로 그 주변 지역에서만 무슨 일이 일어나고 있는지 알려줄 뿐”이라고 말했다. 그렇다고 나무마다 센서를 설치하려면 비용이 많이 든다. 로봇을 쓰면 지하 센서 없이도 수백, 수천 그루마다 각각 다른 토양 수분량을 재고 그에 맞춰 물을 줄 수 있다.
캘리포니아의 과수원은 스프링클러 시스템을 갖추고 정해진 시간에 같은 양의 물을 준다. UC리버사이드 연구진은 토양 수분 지도를 통해 같은 과수원이라도 나무마다 이용할 수 있는 물이 다를 수 있다는 사실을 알아냈다. 토양 입자 밀도가 높으면 물이 달라붙을 표면적이 넓어 수분량이 많고 모래가 많으면 물이 더 빨리 빠져나가 수분량이 적다. 연구진은 “나무마다 수분 분포 현황을 파악할 수 있다”며 “건조한 나무에만 물을 줄 수 있어 농업용수를 효율적으로 사용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
토양이 적절한 수분 수준을 유지하는 것은 식물의 건강에도 중요하다. 물을 적게 주면 나무가 스트레스를 받아 해충과 질병에 더 취약해진다. 반대로 물을 너무 많이 주면 토양의 빈 공간이 모두 물로 채워져 뿌리가 산소를 흡수하지 못한다. 스쿠디에로 교수는 “작물이 필요한 만큼만 물을 주면, 뿌리에서 비료가 바로 씻겨 내려가 지하수 오염을 일으킬 위험도 줄일 수 있다”고 말했다.
연구진은 2019년부터 로봇으로 토양의 수분량을 자동 측정하는 연구를 진행했다. 이미 관련 기술에 대한 특허를 출원했으며, 앞으로 대학의 연구용 과수원을 넘어 실제 농가에서 이번에 개발한 시스템을 시험할 계획이라고 밝혔다.
참고 자료
Computers and Electronics in Agriculture(2026), DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2026.111540