인공지능으로 '사이버 농업'의 새로운 시작
인공지능으로 '사이버 농업'의 새로운 시작
  • 최창현 기자
  • 승인 2019.04.06 12:30
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MIT, 가장 풍미있는 바질을 생산하기 위한 이상적인 성장 조건을 밝혀낸 머신러닝 시스템 개발
MIT 미디어 랩 연구원은 가장 풍미있는 바질을 생산하기 위한 이상적인 성장 조건을 밝혀낸 머신러닝 시스템 개발(사진:MIT)
MIT 미디어 랩 연구원은 가장 풍미있는 바질을 생산하기 위한 이상적인 성장 조건을 밝혀낸 머신러닝 시스템 개발(사진:MIT)

늘 우리의 식탁에 오르는 식용 식물(채소 등)을 더 맛있게, 건강상의 이점을 더 높여 재배 및 생산하는 방법은 무엇이 있을까?

MIT의 미디어 랩(Media Lab)의 OpenAg(Open Agriculture) 이니셔티브 연구팀은 식물학과 인공지능·머신러닝 알고리즘을 사용해 지금까지 맛 본 것보다 더 풍미를 높이고 맛있는 허브의 한 종류인 바질(basil)을 재배에 성공했다. 이 연구 결과는 3일(현지시각) 미국 퍼블릭 라이브러리 오브 사이언스(Public Library of Science, PLoS)에서 발행되는 온라인 과학 학술지 플로스원(PLoS ONE)에 게재됐다.

MIT 미디어 랩의 수석 연구 과학자이자 OpenAg 의 책임자 인 칼렙 하퍼(Caleb Harper)는 "연구진은 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 휘발성 화합물로 알려진 향미가 나는 분자의 농도를 최대화하기 위한 최적의 성장 조건을 결정했으며, 이것은 '사이버 농업'의 새로운 분야의 시작일 뿐입니다" 라며, "현재 OpenAg는 허브의 인간 질병과 관련된 특성을 향상시키기 위해 노력하고 있으며, 재배자가 다양한 조건에서 작물이 어떻게 자라는지를 연구함으로써 변화하는 기후에 적응할 수 있기를 희망합니다"라고 말했다.

또한 그는 "우리의 목표는 데이터 수집, 감지 및 머신러닝의 교차점에서 오픈 소스 기술을 설계하고 이전에 수행되지 않은 방식으로 농업 연구에 적용하는 것이며 우리는 식물의 경험, 표현형, 식물이 접하는 일련의 스트레스 및 유전학을 취할 수 있는 네트워크를 구축하고 식물과 환경의 상호 작용을 이해할 수 있도록 디지털화하는 데 중점을 두고 있습니다"라고 덧붙였다.

매사추세츠 주 미들턴에 있는 MIT-베이츠(Bates) 연구소의 창고에 개조된 컨테이너 형 OpenAg 식물공장(사진:MIT)

특히 연구에서는 식물 유전자 변형이 없이, 식물 실험에서 얻은 데이터는 연구팀이 개발한 머신러닝 알고리즘에 적용했으며, 수백만 개의 빛과 자외선(UV) 지속 시간을 평가한 후, 머신러닝 알고리즘은 식물의 맛을 극대화할 수 있는 일련의 조건을 생성했다. 놀랍게도 하루 24 시간 빛에 노출 됐을 때 바질은 풍미를 극대화하고 가장 좋은 맛을 낸다는 연구 결과가 나왔다.

연구팀은 재배된 바질 잎에서 휘발성 화합물을 가스 크로마토그래피(Gas hromatography)와 질량분석법(mass spectrometry)을 포함한 전통적인 분석 화학 기술을 사용하여 측정, 재배된 바질은 훨씬 더 많은 건강상의 이점을 제공할 수 있는 영양소와 항산화제를 포함한 휘발성 화합물을 가지고 있는 것으로 나타났으며, 바질은 빛, 온도 및 습도를 포함한 재배 환경 조건을 정밀하게 제어할 수 있는 매사추세츠 주 미들턴에 있는 MIT-베이츠(Bates) 연구소의 창고에 개조된 컨테이너 형 OpenAg 식물공장에서 재배됐다.

재배된 바질(사진:MIT)

하지만 MIT는 더 맛있는 식물을 재배하는 것이 연구팀의 유일한 목표는 아니라며, 변화하는 기후에 대응하고 식물자원의 안정적인 대량공급과 균질한 품질 확보, 그리고 기능성 식물재배 연구 등에 정진하고 있으며 이번 OpenAg의 연구 결과로 얻어진 하드웨어, 소프트웨어 및 데이터를 자유롭게 사용할 수 있기를 희망한다고 밝혔다.

이처럼 식물의 생육은 환경과 자생지 등의 영향을 받으며 특히, 천연물이 함유하고 있는 기능성분들은 다양한 생육환경별로 많은 함량 차이를 보이고 있다. 또 이번 MIT의 연구와 같이 인공지능 및 인공광형(人工光型) 등이 적용된 식물공장은 외부환경과 차단된 공간에서 환경조절을 통해 식물을 재배하는 시스템으로 노지와 달리 식물의 생육환경을 최적화할 수 있어 균일하고 안정적으로 식물을 생산할 수 있으며, 식의약품 원료와 같은 고품질의 고부가가치 식물을 표준화하여 대량 생산할 수 있는 것이다.

참고) 논문 제목 '향미-사이버-농업: 대리 모델링을 통한 오픈소스 제어 환경에서 식물 대사물의 최적화(Flavor-cyber-agriculture: Optimization of plant metabolites in an open-source control environment through surrogate modeling)' 논문(다운받기)


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