1. 최신 ICT 동향
최신 ICT 동향
센서 네트워크를 통한 조류독감 및 구제역 방지 연구*
□ 새로운 사회적 인프라로 조망되고 있는 센서 네트워크의 응용 분야로 축산업이 주목을
받고 있는데, 센서를 이용한 일상적인 측정을 통해 축산 상품의 품질과 수익성을 높일 수
있을 뿐 아니라 질병이나 전염병 감염 위험을 감지함으로써 대책을 세울 수 있기 때문
○ 사회적 과제의 해결을 통해 다양한 산업에 비즈니스 기회를 창출할 수 있는 수단으로
‘소셜 디바이스(Social Device)’에 대한 관심이 높아지기 시작
- 소셜 디바이스는 사회적 과제의 해결을 목적으로, 인간, 주택, 사무실, 자동차, 사회
인프라, 지구 환경 등과 센서, 프로세서, 액추에이터 등을 통해 상호 작용하여 이들의
기능을 확장하고 능력을 향상시키는 장치를 의미
- 가령 터널 및 교량 등에 뒤틀림 감지 센서를 붙여 열화(劣化)를 진단하고 사고를 미
연에 막으려는 구조물 안정성 모니터링 시스템이 대표적인 예로, 이 시스템의 핵심
장치는 센서와 무선 통신 기기
- 절전이나 CO2 배출량 감소가 관건이 되는 성능을 갖춘 에너지 절약 반도체 및 고효
율 모터도 소셜 디바이스로 부를 수
있으며, 센서 네트워크 및 M2M 의
주요 구성 장치도 사회적 과제를 해
결하려는 목적이라면 소셜 디바이스
로 간주할 수 있음
- 소셜 디바이스는 사회적 과제 해결
에만 기여하는 것이 아니라, 구축
후에 다른 용도로도 사용이 가능하
기 때문에 파생되는 사업기회 창출
에도 기여가 가능
<자료>: NIPA 정리
(그림 1) 소셜 디바이스의 컨셉
* 본 내용과 관련된 사항은 정보서비스팀(☎ 042-710-1771)과 ㈜크로센트 박종훈 수석 아키텍트(☎ 02-34462287, soma0722@naver.com)에게 문의하시기 바랍니다.
** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 NIPA 의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.
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- 예를 들어 구조물 안전성 모니터링 시스템의 경우, 건물 이용자들의 움직임을 감지하
여 개체 인식에 적용할 수도 있으며, 이를 이용하면 자동 입퇴실 관리 시스템을 구현
할 수 있음
○ 소셜 디바이스 구축을 위한 기술적 환경은 날로 호전되고 있으며, 구축 주체도 공공,
민간을 아우를 수 있어 재원 조달도 용이한 상황
- 소셜 디바이스 환경은 센서 및 무선 통신 부품 등의 제조 비용이 하락하고, 스마트폰
에 탑재되어 저변이 확산됨에 따라 점차 호전되는 추세
- 여기에 센서 데이터와 결합하여 분석 결과에 가치를 주는 오픈 데이터(공공 정보 개
방) 이용이 허용되고, 빅데이터 기술이 접목되면서 활용 가치가 커질 수 있다는 기대
감에 관심이 높아지고 있는 것
- 소셜 디바이스는 “사회적으로 직면한 과제에 대응”하는 것을 목표로 하므로, 보통의
센서 네트워크와는 달리 사회 인프라 강화를 추진하는 정부나 지방정부에 의해 공적
자금으로도 구축할 수 있다는 점이 특징
- 또한 소셜 디바이스는 구축 후 다양한 영리 사업에도 활용될 수 있는 만큼, 공공 부
문과 민간 부문의 공동 투자도 가능하고, 민간 부문에서 구축 이후 파생 사업권을 획
득하는 조건으로 소셜 디바이스 구축을 대신하는 방식도 가능
○ 센서 네트워크 기반의 소셜 디바이스가 구축될 수 있는 분야는 다양한데, 축산업도 활
용가치가 높은 대표 분야의 하나로 손꼽힘
- 축산업 자체는 민간 영리 사업 분야이지만, 먹거리라는 특성상 국민들의 건강과 질병
관리에 밀접한 연관이 있는 만큼 공공의 관심과 감시가 필요한 산업
- 특히 최근 들어 세계 곳곳에서 조류독감(AI)이나 구제역 등이 발생하고 있고, 이에
따른 인체 감염 방제 대책, 살처분에 따른 환경오염 등이 사회적 문제로 대두함에 따
라 축산업에 소셜 디바이스를 적용하는 방안에 더욱 관심이 모이고 있음
- 닭, 오리, 소 등 살아있는 동물의 행동이나 컨디션은 날마다 차이가 있긴 하지만, 일
상적으로 측정하는 데이터 값의 경향 분석을 통해 컨디션의 악화와 질병의 조짐, 전
염병 감염 위험 가능성 등을 파악하여 사전 대책을 강구할 수 있기 때문
- 축산업을 영위하는 민간 기업 입장에서는 센서를 이용해서 일상적인 데이터 측정을
할 수 있으면 생산되는 축산물의 생산성과 품질 향상, 그리고 궁극적으로 수익의 증
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대를 기대할 수 있다는 것이 장점
- 축산업은 국가에 따라서는 내수뿐만 아니라 수출산업이 되기도 하므로, 정부와 민간,
시민사회의 세 영역 간 이해관계가 일치될 수 있다는 점에서 소셜 디바이스 구축의
필요성과 기대효과가 모두 높은 분야라 할 수 있음
○ 일본 정부의 독립 행정법인인 산업기술종합연구소(AIST)는 축산업에서 사육되고 있는
닭과 소에 대해 센서를 통해 모니터링 하는 연구 개발을 수행 중
- 가금류의 경우, 길이 약 100m 의 닭장에서 3 만 마리를 사육하고 있는 규모의 축산
농가에 적용하는 것을 상정
- 센서를 모든 닭에 부착하여 날마다 상태를 모니터링 하는 것이 이상적이지만, 수익성
을 고려하여 일단의 군마다 센서를 장착하고 전체 닭의 3~5%를 모니터링한다는 계획
- 표본 수가 적은 감이 있으나, 이 정도만 해도 닭고기의 생산성을 향상시키고 조류 독
감을 비롯한 전염병 감염 징후를 조기에 발견할 수 있다고 함
- 현재 전세계에서 사육되고 있는 닭은 약 250 억 마리 정도이기 때문에, 이러한 양계
용 센서 네트워크 시스템의 잠재 시장은 크다고 할 수 있음
- AIST 에 따르면 양계용 센서 시스템의 기술적 과제는 크게 두 가지이며, 하나는 비
용 요인이고, 또 하나는 약 500 일이 소요되는 닭 사육 기간 동안 전지 교환 없이 가
<자료>: 일본 산업기술종합연구소(AIST)
(그림 2) 양계 건강 모니터링 시스템
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동을 지속하는 것
○ 가금류에 센서를 도입하는 주목적은 두 가지로, 하나는 조류 독감 등의 감염을 조기에
발견하는 것, 또 하나는 여름 혹서기의 컨디션 변화에 맞는 조치를 취하는 것
- 조류 독감은 닭과 오리의 질병으로 잘 알려져 있으며, 특히 H5N1 형은 사람한테도
전염되기 때문에 위협이 되고 있음
- 조류 독감 감염의 주된 요인은 철새이므로, 감염된 철새를 발견할 수 있다면 감염 가
능성을 줄일 수 있으나, 철새의 행동 반경이 넓은 데다가 철새는 감염되어도 죽지 않
는 경우가 있어 감염 여부를 정확히 간파하기가 어려움
- 따라서 현재 가장 파악하기 쉬운 방법은 양계장의 닭이나 오리 중에 감염된 개체의
몸 상태가 나빠지는 시점을 재빨리 파악하는 것
- 한편 조류 독감의 탐지에 사용되는 센서를 통해 여름철 더운 시기의 컨디션 변화 등
도 파악할 수 있는데, 닭은 더운 시기에 움직임이 둔해지거나 알을 낳지 않게 됨
- 먹이 먹는 상태가 나빠지는 것 같은 조짐이 발생하더라도, 대형 양계장에서는 이러한
변화를 감지하지 못할 수 있고, 따라서 치밀하게 관리하는 것이 어려움
- 그러나 센서 네트워크를 통해 닭의 일상적인(평균적인) 건강 상태를 파악할 수 있다
<자료>: 일본 산업기술종합연구소(AIST)
(그림 3) 산란계온열 스트레스(Heat Stress) 모니터링 시스템
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면 움직임이 나쁘거나, 체온 조절이 어려워지게 되는 상황을 센서에 의한 측정 데이
터로 표시할 수 있음
- 또한 문제를 감지하는 것뿐만 아니라, 감지 시에 닭에게 자동으로 물을 뿌려 시원하
게 하거나 먹이를 바꿔주는 것 등을 통해 사후 대책을 용이하게 해결
○ 소나 돼지의 경우도 일상적인 모니터링이 중요한데, 가령 지난 2010 년 우리나라에서
발생하여 큰 문제가 되었던 구제역 등으로 인한 피해의 최소화가 가능하기 때문
- 구제역의 경우 소나 돼지의 체온변화를 통해 파악할 수 있으며, 만약 일상적 모니터
링이 가능하다면 조기 대응을 통한 피해 확산 방지의 가능성이 열림
- 구제역 등 전염병뿐 아니라 소에는 여러 가지 중대 질병이 있어서, 일본의 경우 사육
중인 소가 매년 7 만 마리 이상 사망하고 있으며, 주요 사인 두 가지는 송아지 폐렴
등의 호흡기 질환과 소의 반추위 중 혹위(제 1 위)가 기능을 못하는 소화기 질환
- 사망 원인 중 두 질병이 차지하는 비중이 전체의 약 2/3 나 되므로, 두 질병을 예방
하거나 조기에 치료하지 않는 한 소고기의 생산성과 품질 향상은 기대하기 어려움
- 질병 예방의 효과적인 방법 중 하나는 소의 체온을 지속적으로 측정하는 것이지만,
소는 온 몸이 털로 덮여있어 체온을 측정하는 데 필요한 피부 노출 부위가 적기 때
<자료>: 일본 산업기술종합연구소(AIST).
(그림 4) 젖소 체온 모니터링 시스템
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문에 지속적 체온 측정이 쉽지 않음
- AIST 의 집적 마이크로시스템 연구센터는 온도 센서, 3 축 가속도 센서, 무선 통신
기능을 집적한 센서 기기를 소의 꼬리에 부착하여 가축의 체온을 측정하는 한편, 송
아지를 폐렴에 감염시킨 뒤 그 전후의 체온 변화를 측정하는 실험을 진행 중
- 소의 꼬리는 자유롭게 움직이기 때문에 측정한 체온 데이터에는 편차가 생기지만, 그
래도 대체적인 추세를 보면, 감염 전후를 비교할 때 체온이 상승하고 있는 것을 파악
할 수 있음
- 또한 감염되지 않은 소의 경우 체온이 하루 동안에는 변화가 없지만, 감염되고 나면
하루 사이에도 변화가 생김을 알 수 있으며, 이처럼 상시 모니터링을 하게 되면 체온
의 변화를 통해 질병 유무를 확인할 수 있음
○ 소화기 질환을 파악하는 방법으로는 센서 디바이스를 소에게 먹인 후, 그 센서가 2~3
년 동안 혹위(제 1 반추위)에 머물도록 고안하여 모니터링 하는 방식을 연구 중
- AIST 의 집적 마이크로시스템 연구센터는 크기가 27mm×72mm, 무게는 76g 인 센
서 디바이스를 연구에 사용하고 있으며, 76g 은 배설물과 함께 혹위에서 빠져나가기
어려운 무게
- 소의 혹위에 머무르는 센서 기기도 온도 센서, 3 축 가속도 센서, 무선 통신 기능을
탑재하고 있으며, 위 활동의 정지 여부뿐 아니라, 음식의 상태를 파악할 수 있으며,
소의 컨디션 악화에 따른 먹고 마시는 양의 감소 같은 변화도 파악할 수 있음
- 제 1 위의 기능이 저하되면 우선 뱃속의 수소 이온 농도가 떨어진다는 점을 고려할
때, 소화기 모니터링을 위해 가장 이상적인 것은 수소이온농도(ph) 센서이며, 온도와
가속도 센서 만으로도 효과적인 제 1 위의 모니터링이 가능하다고 함
○ 이러한 축산업의 센서 네트워크 구축실현에 있어 중요한 두 가지 과제는, “저전력 센서
디바이스의 설계”와 “비용 절감”
- 가금류와 가축의 양육 기간은 약 500 일~2 년이 소요되고, 게다가 소의 경우 센서가
위장 속에 자리잡아야 하므로 센서가 장기간 유지보수 없이도 측정 활동을 지속할
수 있어야 함
- 만약 전지의 교환이 필요하다고 하면, 닭 한 마리, 소 한 마리씩 잡아 교체하는 데만
해도 시간이 많이 소요되므로 바람직한 방안이 될 수 없기 때문에, 중요한 것은 저전
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<자료>: 일본 산업기술종합연구소(AIST).
(그림 5) 반추위 모니터링 시스템에 사용되는 센서와 측정 데이터
력 센서 단말기를 실현하는 것
- 저전력 외에 (초)저가 센서 단말을 통한 비용 절감도 중요한데, 닭이나 오리의 경우
보통 수천~수만 마리를 기르기 때문에 한 마리에 몇만~몇 십만 원 하는 센서 디바
이스를 부착하는 것은 절대 실현 불가능한 일
○ AIST 의 집적 마이크로시스템 연구팀은 일본 과학기술진흥기구(JST)의 전략적 창조
연구 추진사업(CREST)을 통해 5 년 간의 지원 하에 센서 단말을 개발 중
- 연구팀은 개발된 센서 디바이스를 이용하여 조류 독감에 감염된 닭의 체온 변화를
측정하면서 어떻게 감염이 전파되는가를 파악했으며, 조류 독감을 감염시킨 닭과 그
옆에서 지내는 닭, 조금 떨어진 곳에서 지내고 있는 닭의 체온을 각각 측정
- 그 결과 감염되는 조류 독감의 시기와 종류에 따라 체온의 변화와 병의 진행 상태는
다른 것으로 나타났으며, 가령 야마구치 현의 H5N1 형 조류 독감은 감염 후에 체온
이 올라가는 것을 미처 발견하기 전에 닭이 사망하는 문제가 발생
- 이는 감염된 닭의 체온이 오르지 않아서가 아니라 체온이 올라가는 것보다 빨리 닭
이 죽어버릴 만큼 강력한 바이러스였기 때문이며, 더욱이 전파가 빨라 순식간에 양계
장의 닭이 전부 폐사하기에 이름
- 이에 비해 요코하마 시에서 감염이 확산된 H5N1 형 조류 독감의 경우 감염된 닭의
체온 상승을 파악할 수 있었으며 전파되는데도 시간이 소요되었으나, 다만 감염된 경
우 결국 전부 폐사한다는 사실에는 변함이 없었음
○ 연구팀이 제작한 “닭 날개 부착(Wing Band)” 센서 디바이스의 소비 전력은 1 ㎼ 이하
로, 현재 사용중인 최소 용량의 단추형 전지를 사용하면 2 년 이상 계속 작동
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8. 주간기술동향 2014. 2. 5.
- 저전력 실현의 핵심 포인트는 두 가지이
며, 우선 기계적 압력을 가하면 전압이 발
생하고 반대로 전압을 가하면 기계적 변
형이 발생하는 압전소자를 이용하여 자가
발전형 센서를 제작함으로써 센서 소자
자체의 소비 전력을 낮췄음
평균 전력 소비량 ~1 ㎼
- 다음으로 센서 기기에서 무선으로 전송하
<자료>: 일본 산업기술종합연구소(AIST)
는 데이터의 내용이나 빈도를 최소화 한
것으로, 전송은 온도 정보로만 제한하고,
(그림 6) 닭 날개 부착 센서의 프로토타입
닭의 활동상태는 데이터 전송 빈도를 통해 파악했는데, 전송 빈도가 높다면 활동량이
많다고 보고 반대로 빈도가 떨어지면 기운이 없는 상태라고 해석한 것
- 진동을 통해 전력을 발생시키는 동시에 측정할 수 있게 하기 위해 닭 움직임의 주파
수 대역인 10Hz 부근(5~15Hz)에서 잘 반응하는 센서를 설계
- 또한 이러한 특성을 가지는 센서에 최적화된 맞춤형 IC 를 채용했으며, 맞춤형 IC 라
야 저전력화와 저비용화를 모두 달성할 수 있기 때문
- 예를 들어, 마이크로 컨트롤러를 사용하면 소비전력이 커져 버리지만, 닭의 걸음 수
가 일정하게 도달했을 때 측정된 온도 데이터를 보내는 정도의 간단한 처리는 IC 안
에 통합하는 것이 부하가 적음
- 또한 커스텀 IC 의 면적은 약 1mm2 정도로 작아 저비용화를 달성할 수 있음
○ 이처럼 축산업에 센서 네트워크를 접목하려는 시도는 낙농 선진국을 중심으로 활발히
이루어지고 있으며, 우리나라도 일찍부터 연구를 시작해 성과를 거둔 사례도 있음
- 네덜란드의 스타트업인 스파크트(Sparked)는 젖소의 귀에 생체 신호를 분석하는 무
선 센서를 부착해서 젖소가 아프거나 임신을 하면 센서가 이를 감지하고 목장주의
스마트폰에 실시간으로 메시지를 보내는 시스템을 개발
- 목장주는 센서를 통해 받은 정보를 바탕으로 가축의 상태를 효율적으로 파악하고 빠
르게 대처하여 생산성을 향상시킴
- 우리나라의 경우는 2010 년 농업진흥청 주도로 개발한 “젖소 발정 알림이” 시스템이
성공사례로 현재 널리 보급되어 있는 상황
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9. 최신 ICT 동향
<자료>: 농촌진흥청
(그림 7) 농촌진흥청에서 개발한 무인 발정 알림이 시스템
- 암소의 평균 발정 주기는 20~21 일이나 가임 시간이 16 시간에 불과하고, 주로 오후
6 시에서 오전 6 시 사이에 발현되기 때문에 업무가 많은 농가에서는 이 시간을 넘기
게 되어 수정기회를 놓침에 따라 인공수정을 해야 하는 문제가 빈번했음
- “발정 알림이 시스템”은 발정기가 되면 젖소가 뒷다리에 힘을 주고, 걸음 수가 2~4
배 빨라지며, 울부짖는다는 사실에 착안하여 뒷다리 발목이나 목에 센서를 부착시켜
소의 움직임을 포착한 후 그 소의 번호를 전광판을 통해 알려주는 방식
- 농업진흥청에 따르면 시스템을 도입할 경우 30~40% 정도였던 발정 발견율을 100%
로 끌어올리게 되었으며, 발정 시작 시간까지 정확히 알아냄에 따라 너무 이르거나
빨라도 수태율이 급격히 떨어지는 문제를 해결하여 수태율도 크게 증가되었다고 함
- 또한 번식률이 높아지면 수태 중인 젖소가 그렇지 않은 젖소보다 착유(搾乳)율이 크
게 증가하기 때문에 부수적으로 우유 생산의 증가라는 이익도 얻게 됨
○ 그러나 생산성 증가 목적 외에 질병 감염 모니터링을 위한 시스템 개발 연구는 더딘
상태로서, 이 부분은 소셜 디바이스 구축 관점에서 접근해야 할 필요가 있음
- 국립환경과학원은 조류 독감의 매개로 알려진 청둥오리의 이동 경로에 대해 센서를
통해 파악하였고, 이를 바탕으로 방역 대책을 세운다는 계획
- 소의 경우는 RFID 태그 부착으로 소의 탄생부터 성장, 도축 이후 유통 과정을 추적
함으로써 언제 어디서나 이력을 추적할 수 있는 시스템을 운영 중
- 그러나 실제 양계장 단위 혹은 축사 단위의 감염 파악을 위한 모니터링 및 예방 시
스템에 대한 연구나 도입 사례는 아직까지 알려진 것이 별로 없음
- 우리나라도 이미 조류독감과 구제역의 홍역을 치른 바 있고, 최근에도 또 다시 조류
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10. 주간기술동향 2014. 2. 5.
독감 감염으로 인해 오리 농가가 수십만 마리를 폐사시키는 일이 반복되고 있음
- 조류 독감이나 구제역은 해당 농가와 유통업체 및 음식점 업체에 치명적인 경제적
손실을 안기게 되며, 인체 감염의 위협이나 살처분 후 매립 과정에서 발생하는 지하
수와 환경 오염의 문제 등 사회적으로도 막대한 잠재적 위협 요인을 낳게 됨
- 이런 특성 때문에 축산 가축과 가금류의 건강 모니터링 및 질병 예방 시스템 구축은
농가 차원이 아니라 사회적, 정부 또는 지자체 차원에서 접근할 필요성이 있으며, 센
서 네트워크 기반의 소셜 디바이스가 유의미한 해답이 될 수 있음
- 나아가 가축이나 가금류의 질병이 개별 국가 차원이 아니라 전지구적 문제로 확산되
고 있음을 감안할 때, 관련 정보를 국가간에 원활하게 공유해야 한다고 본다면 소셜
디바이스의 형태로 공공이 주도가 되어 구축하는 것이 보다 효과적인 방안
<참 고 자 료>
[1] “Agricultural Futurist Jack Uldrich to Keynote Three Events in January,” PRWEB, 2014. 1. 14.
[2] 加藤伸一, “ハイテク畜産、鳥インフルも口蹄疫も防ぐ”, Tech-On, 2013. 12. 19.
[3] 矢野経済研究所, “「モノのインターネット」拡大期へ--多様な用途が期待されるワイヤレスセンサー
ネットワーク, ZDNet, 2013. 11. 12.
[4] 김신곤 & 조재희, “지방자치단체의 빅데이터 도입을 위한 제언”, 한국지역정보화학회지, 2013. 9.
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