Team Space Farm

팀스페이스팜은 데이터를 이용해 농업 환경을 바꾸고자 하는 목표로 시작한 스타트업입니다. 작은 규모로 시작했지만 구글 클라우드를 통해 빅데이터와 머신러닝을 통한 데이터 워크플로우를 만들어 냈고, 머신러닝 기반의 센서 디바이스도 개발했습니다. 현재 토마토와 의료용 대마를 키우는 현장에서 농작물의 생장을 예측하고 관리하면서 더 나은 데이터 농업을 뿌리내리고 있습니다.

팀스페이스팜의 스마트팜 플랫폼은 데이터를 실시간으로 분석, 처리하는 지능형 IoT 환경센서를 중심으로 빅데이터를 활용한 인공지능 자동제어 농업을 이루기 위한 기반 기술을 만들어 가고 있습니다.

농업과 IT 기술을 잘 활용하면 농사의 질을 높일 수 있다!

데이터와 인공지능을 바탕으로 작물들의 생육을 실시간 모니터링하고, 적절한 대응방법과 그에 따른 수확량까지 예측할 수 있다.

세계 인구는 여전히 빠르게 늘고 있고, 더 나은 식량 자원은 삶의 질과 연결되기 때문에 스마트 팜에 대한 수요와 관심이 매우 커지는 추세입니다. 하지만 그 관심에 비해 아직 농업 현장의 현실은 센서 체크와 원격 환경 제어 수준의 1세대 기술에 머물러 있습니다.

 

“농사는 근본적인 방법을 바꾸기 쉽지 않습니다. 순간의 실수가 낳는 피해가 엄청나게 크기 때문입니다. 농사가 이뤄지는 대부분의 과정은 햇빛과 물을 비롯해 자연이 만들어가는 것이 대부분입니다. 그 환경에 변화를 통해 최적의 조건을 맞춰주는 것은 인간의 힘으로 어려운 일입니다. 하지만 정밀한 환경 모니터링과 이를 기반으로 하는 인공지능 기반의 생장 예측 모델이 완성되면 실내나 컨테이너를 비롯해 어디에서든 농사가 이뤄질 수 있다고 생각합니다.”

 

서유리 팀스페이스팜 CEO는 데이터를 통해서 농작물이 원하는 환경을 통제할 수 있다고 판단해 창업을 결심했다고 합니다. 그리고 그 가능성을 빠르게 현실로 만들어 낼 수 있는 기반으로 Google Cloud를 선택했습니다. 결국 스마트팜의 핵심은 많은 데이터를 효과적으로 수집, 처리하고, 그 결과에 대한 대응을 빠르게 배포하는 데에 있다고 봤기 때문입니다.

 

팀스페이스팜은 비닐하우스처럼 조건이 통제가 되는 농업 환경에서 통합 IoT 스마트 센서로 환경을 모니터링하고, 데이터를 기반으로 농작물이 실제로 어떻게 자라고 있는지 파악하는 스마트팜 솔루션을 농가에 서비스하고 있습니다.

“구글의 서비스가 아니었으면 창업부터 지금 현장의 성과를 내기 쉽지 않았을 겁니다. 갓 창업한 스타트업이 모든 IT의 워크플로우를 직접 구축하는 것은 불가능합니다. 하지만 구글은 하드웨어부터 클라우드 데이터 파이프라인까지 전체 워크플로우를 모두 제시해주었고 저희는 필요한 기능들을 바탕으로 목표로 하는 아이디어 개발에 집중할 수 있었습니다.”

 

김성노 팀스페이스팜 CTO는 초기에 서비스를 구상하면서 연결성과 일관성을 중심에 두었습니다. 그 과정에서 구글 클라우드가 센서부터 클라우드까지 연결되는 모든 과정을 가장 매끄럽게 연결해준다고 판단했습니다. 멀티 클라우드나 하이브리드 클라우드 등 인프라를 나누는 것은 관리를 어렵게 하고, 데이터의 흐름에 방해가 된다고 판단한 것입니다. 그리고 실제로 구글은 넓은 생태계를 바탕으로 다양한 가능성이 열려 있었습니다. 대표적인 것이 농업 현장에 설치하는 센서 하드웨어입니다.

팀스페이스팜이 직접 개발한 ‘스마트 쑥쑥’ 센서는 비닐하우스를 비롯한 실내 농장에 설치하는 기기입니다. 이 센서 하나로 온도와 습도, 기압, 광량, 이산화탄소를 실시간으로 확인하고 카메라를 통해 농작물의 생육 단계도 관리합니다.. 이 센서는 스마트 팜의 핵심이자 출발점이지만 대부분의 스마트팜 센서는 센서노드와 통합제어기 등 부가적인 각 요소를 따로 구축하는 경우가 많아서 센서와 장비가 늘어나는 경우가 많습니다. 비용이 수 천 만원씩 들어가기도 하고, 장비가 많다 보니 설비도 복잡해집니다. 하지만 팀스페이스팜은 자그마한 컴퓨터 기반의 통합 센서를 200만원 선에 공급할 수 있었습니다. 구글의 자회사인 ‘Coral’의 개발 보드를 이용했기 때문입니다.

특히 이 통합 개발 보드에는 기본적인 센서 외에도 GPU, TPU등 머신러닝과 데이터 처리에 최적화되어 있는 작은 컴퓨터가 들어가 있습니다. 센서를 통해 얻어진 데이터를 별도의 컴퓨터가 아니라 센서 자체에서 직접 처리하고, 판단할 수 있습니다.

센서부터 클라우드까지 일관된 데이터 워크플로우 구성

수집되는 데이터는 우선적으로 센서 안에서 처리가 됩니다. 기기 내부의 TPU는 미리 학습된 머신러닝 모델을 통해 병충해처럼 현장에서 빠르게 파악해야 하는 이상 요소들을 분석하고, 그 결과를 네트워크를 통해 구글 클라우드로 전송됩니다. GPU와 TPU를 통한 이 전처리 과정 때문에 현장의 대응 속도는 더 빠르고 정확해지면서도 전체 데이터의 전송, 처리, 저장에 부담은 획기적으로 줄어들었습니다. 이렇게 센서에서 전처리가 이뤄진 데이터는 구글 클라우드의 BigQuery로 흘러갑니다.

 

“BigQuery는 대체재가 없는 독보적인 서비스입니다. IoT 센서에서 나오는 데이터는 기본적으로 카산드라 스토리지에서 분석보다는 즉각적인 대시보드용으로만 활용됩니다. 카산드라 데이터베이스는 규모가 커지면 한정된 인력으로 관리하기가 어려웠습니다. 현재 카산드라는 실시간 모니터링 용도로만 활용하고 본격적인 데이터는 BigQuery로 전송되면서 보관과 분석이 시작됩니다.”

 

BigQuery는 팀스페이스팜이 필요로 하는 데이터를 모두 통합 관리해주는 웨어하우스 역할 뿐 아니라 농업 현장에서 이용자들이 데이터에 접근하는 창구 역할도 맡습니다. 김성노 CTO는 용량과 처리 속도, 비용 등 모든 면에서 BigQuery에 대한 만족도가 높다고 강조했습니다.

 

팀스페이스팜의 핵심 자산은 이렇게 BigQuery에 쌓인 데이터를 기반으로 각 농작물의 생육을 판단할 수 있는 머신러닝 모델입니다. 이 머신러닝 모델은 모두 Vertex AI와 Google Compute Engine 등 구글 클라우드 인프라를 통해 생성, 관리됩니다. 팀스페이스팜이 주력하는 머신러닝 모델은 예측, 제안, 그리고 비전 AI 등 세 가지입니다. 학습은 지속적으로 이뤄지고 있고, 실제 농사가 이뤄지는 동안에도 현장의 데이터로 강화학습이 이뤄집니다. 머신러닝 모델이 개선되거나 새로 만들어지면 다시 원격으로 IoT 센서에 전송이 됩니다.

이처럼 Vertex AI는 단순히 머신러닝 모델 하나하나를 만드는 단계를 넘어, 모델의 학습과 서비스 적용, 또 이렇게 만들어지고, 학습된 머신러닝 모델을 스마트 쑥쑥 센서로 배포까지 해 줍니다. 머신러닝과 관련된 모든 프로세스가 한 곳에서 통합적으로 이뤄지는 것입니다. 김성노 CTO는 통합 인공지능 환경 덕분에 여러 가지 머신러닝에 대한 시도를 이어갈 수 있다고 설명합니다.

“스마트 센서에 달린 다분광 카메라는 농작물을 촬영해서 제대로 잘 자라고 있는지 확인을 합니다. 이 카메라는 적외선 정보를 읽을 수 있는데, 농작물의 생리작용을 하는 주요 성분들이 특정 적외선 대역에 반응하는 점을 읽어낼 수 있습니다. 이 이미지 정보는 스마트 쑥쑥 센서 안에서 GPU와 TPU, 그리고 텐서 플로우 기반 머신러닝 모델을 통해서 해석됩니다.”

팀스페이스팜은 실내 환경의 데이터뿐 아니라 Vision AI를 통해 농작물의 사진을 분석해서 농사가 잘 이뤄지고 있는지 판단할 수 있는 모델도 적용했습니다. 환경 정보와 생육 정보를 동시에 수집하다 보니 이 데이터를 기반으로 식물의 성장을 예측할 수 있게 됐습니다. 사진만 찍으면 잎의 크기와 형태를 판단하는 머신러닝 모델은 생장과 병충해 등을 곧바로 인지할 수 있습니다. 과실이 얼마나 커질지도 파악할 수 있고, 데이터가 쌓이면서 수확량과 과일의 당도 등 품질까지 내다볼 수 있는 머신러닝 모델도 개발 중이어서 곧 서비스를 시작할 계획입니다.

온도, 습도의 정확한 측정에도 인공지능 기술이 쓰입니다. 온도, 습도 센서는 케이스 안에 있기 때문에 프로세서에서 열이 나기도 하고, 외부 공기를 직접적으로 측정하기 어렵기 때문에 실제 온도와 오차가 생길 수 있습니다. 이 역시 기기 내부의 실시간 상태를 바탕으로 머신러닝을 통한 보정이 이뤄집니다.

현재는 이 기술을 바탕으로 부산의 대저 토마토 단지, 안동의 의료용 대마 특구 단지에서 성과를 내고 있습니다. 각 작물에 따른 머신러닝 모델은 몇 주일이면 만들어낼 수 있어서 사실상 거의 모든 농작물에 스마트 쑥쑥의 센서와 서비스를 적용할 수 있다고 합니다.

 

▼ 스마트 쑥쑥 Google Cloud detail architecture 

인력과 자원이 부족한 스타트업에게 꿈을 꿀 수 있게 해주는 Google Cloud, 그리고 메가존의 든든한 기술 지원

김성노 CTO는 이 모든 가능성을 현실로 만들어낼 수 있는 것이 구글 클라우드의 가장 큰 강점이라고 설명합니다. 도전과 아이디어로 출발한 새 비즈니스에서 적은 자원으로 실제 세상에 영향을 끼칠 수 있는 서비스를 만들어 낼 수 있다는 것은 사실상 가장 중요한 부분입니다. 그 기업의 가치를 직접 눈으로 볼 수 있어야 그 다음의 이야기를 풀어 나가기 수월해지는 것이 스타트업이니까요.

 

“구글 클라우드를 쓰면서 느끼는 가장 큰 이점은 ‘인력’입니다. 현재 팀스페이스팜의 엔지니어는 3명입니다. 이 3명이 하드웨어부터 인프라, 머신러닝부터 플랫폼 개발까지 모두 해내고 있습니다. 처음에는 인력이 충분히 확보되지 않으면 서비스 시작까지의 여정이 쉽지 않을 것이라고 생각할 때도 있었습니다.”

 

김성노 CTO는 서비스 개발의 시작부터 기존과는 일하는 방법을 완전히 방법을 바꾸기로 했습니다. 모든 인프라를 직접 구축하고, 서비스 요소들도 스스로 만드는 전통적인 방법은 과감하게 포기하기로 했습니다. 대신 외부에서 신뢰가 갖춰진 서비스가 있다면 이를 적극적으로 활용하자는 전략을 중심에 두었습니다.

 

이를 완성하기 위해서는 퍼블릭 클라우드가 핵심이었고, 그 안에서도 모든 서비스들이 유기적으로 움직이려면 플랫폼을 이원화하지 않고 모두 한 곳에서 처리해야 한다고 결정했습니다. 구글 클라우드는 스마트팜의 핵심이었던 데이터의 수집과 저장, 그리고 처리와 배포에 하드웨어 모듈까지 모든 조건이 아주 잘 갖춰져 있었습니다. 그리고 팀스페이스팜은 불과 1년 6개월만에 시장에 내놓을 수 있을 정도의 통합 IoT 센서와 데이터 플랫폼을 구축할 수 있었습니다.

 

김성노 CTO는 무엇보다 이 시스템의 운영과 개발, 그리고 새로운 서비스 개발이 이어지는 동안에도 초기 아이디어를 갖고 있는 창업 멤버들이 스스로의 생각을 시험하고 제품으로 만들어낼 수 있는 환경이 구글 클라우드의 강점이라고 강조했습니다. 

 

“구글 클라우드는 개발자에 친화적입니다. 모든 서비스는 최적의 기능을 낼 수 있도록 최적화 되어 있습니다. 관리와 설정도 쉽고, Google Cloud CLI 기반의 명령어는 구글 클라우드에 익숙하지 않은 개발자도 쉽게 구글 클라우드가 갖고 있는 기능을 모두 활용할 수 있도록 해 줍니다. 전체적으로 클라우드 환경과 개발자의 개발 환경이 긴밀하게 통합되는 환경입니다.”

 

물론 퍼블릭 클라우드 서비스를 이용하다 보니 겪는 어려움도 있었습니다. 애초 팀스페이스팜의 IoT 센서는 구글의 IoT Core 서비스를 통해서 개발이 이뤄졌습니다. 하지만 IoT Core는 곧 서비스를 종료하게 됐습니다. 팀스페이스팜으로서는 당황스러울 수 있는 상황입니다.

 

“구글과 파트너 메가존이 나서서 IoT Core 서비스 종료 발표 직후에 적극적으로 도움을 주었습니다. 구글 코리아는 대안이 될 수 있는 서비스에 대한 갖가지 데이터를 제공해 주면서 직접 더 나은 대안을 선택할 수 있도록 도와 주었습니다. 구글과 메가존의 엔지니어들이 기술적 지원은 물론이고, 함께 마이그레이션 과정을 도와주어서 무리 없이 새 서비스로 이전할 수 있었습니다.”

 

기술적인 대안을 찾는 것으로 시작했지만 사실상 퍼블릭 클라우드와 Paas, Saas 서비스를 쓰는 기업들의 고민이 ‘제공되는 서비스의 지속 가능성’이기도 하죠. 하지만 단순한 이전과 대안을 찾는 것이 아니라 더 나은 서비스는 지금도 계속해서 개발되고 있기 때문에 필요하다면 서비스 종료등의 외적 이유가 아니라 필요에 따라서 직접 다른 서비스로 이전해서 더 나은 경험을 만들 수 있다는 경험을 얻기도 했습니다.

식량을 다루는 일은 책임이 따른다는 것이 서유리 CEO의 생각입니다. 서유리 CEO는 단순히 기술을 제공하는 것이 아니라 널리 많은 사람들을 이롭게 한다는 명확한 철학과 비전을 통해서 농업 시장의 변화를 만들어갈 것이라는 포부를 내비쳤습니다. 구글 클라우드는 단순한 서비스가 아니라 기술로 세상을 돕는다는 구글의 비전을 함께 하는 여정이 되었습니다.

“팀스페이스팜은 식량을 다루는 회사입니다. 기술을 개발해서 농사를 더 효과적으로 하고, 더 나아가 식량이 모든 사람들에게 제공되면서 평등하고 자유로운 세상을 만드는 데에 역할을 하는 회사가 되고 싶습니다. 이런 철학이 구글이 기술로 사람을 이롭게 돕는다는 생각과도 잘 맞는다고 생각합니다. 쉽게 활용할 수 있는 인공지능 기술을 바탕으로 구글과 함께 더 나은 세상을 만들어 갈 겁니다.”

<서유리 CEO, 팀스페이스팜>