인공지능을 활용한 정밀 잡초 관리에 대한 저비용 스마트 기술 개발 및 평가

대부분의 기존 분무기는 잡초 분포가 일반적으로 불균일 함에도 불구하고 농약을 고르게 분사하여 귀중한 화합물의 낭비, 비용 증가, 농작물 피해 위험, 화학물질에 대한 해충 저항성, 환경 오염 및 제품 오염을 초래합니다. 이러한 부정적인 영향을 줄이기 위해, 목표 잡초를 비목표 객체(예: 채소 작물)와 구별하고 원하는 목표/위치에 정확하게 분사하기 위해 기계 비전 및 인공지능을 이용한 스마트 분무기를 설계하고 개발했습니다. 두 가지 실험 시나리오가 설계되어 채소 밭을 시뮬레이션하고 스마트 분무기의 성능을 평가했습니다. 첫 번째 시나리오는 인공 잡초(목표)와 인공 식물(비목표)로 구성되었습니다. 두 번째이자 가장 도전적인 시나리오는 실제 식물을 포함하여, 포르툴라카 잡초를 목표로 하고, 세뇨잡초와 고추를 비목표로 하였습니다. 두 가지 서로 다른 임베디드 그래픽 처리 장치(GPU)가 스마트 분무기 처리 장치(이미지 처리 및 목표 감지용)로 평가되었습니다. 더 강력한 GPU(NVIDIA GTX 1070 Ti)는 실제 식물이 있는 가장 도전적인 시나리오에서 식물 감지 및 목표 분사 정확도에 대해 71%의 정밀도와 78%의 재현율을 달성하였으며, 인공 식물이 있는 첫 번째 시나리오에서는 91%의 정확도와 재현율을 기록했습니다. 덜 강력한 GPU(NVIDIA Jetson TX2)는 인공 식물이 있는 첫 번째 시나리오에서 각각 90%와 89%의 정밀도 및 재현율을, 실제 식물이 있는 두 번째 시나리오에서는 각각 59%와 44%를 달성했습니다. 마지막으로, RTK GPS가 스마트 분무기에 연결되었고, 잡초 지도를 자동으로 생성하고 수집된 데이터를 시각화하는 알고리즘이 개발되었습니다(각 분사 후). 이 스마트 기술은 최첨단(AI 기반) 잡초 감지 시스템, 새로운 빠르고 정밀한 분사 시스템, 그리고 잡초 지도 시스템을 통합합니다. 특히 전통적인 전방향 분무기와 비교할 때 필요한 농약의 양을 크게 줄일 수 있습니다. 이는 보통 전체 밭을 처리하여 필요하지 않은 구역에 불필요한 처리를 초래합니다. 또한 비용, 농작물 피해 위험 및 과도한 제초제 잔여물도 줄일 수 있으며, 환경 영향을 줄일 가능성이 있습니다.