로봇과 드론이 유전공학연구를 가속화

드론/쿼드콥터 2017.02.14 16:52 Posted by 드론의 미래가 궁금한 푸른하늘이

로봇과 드론이 트랙터나 컴바인과 같이 농장에서 흔해질 때는 아직 요원하지만, 이들 첨단 도구가 세계의 인구문제를 해결하는 중요한 역할을 담당하게 될지 모른다.

조지아 대학교의 연구팀은 작물의 생육 패턴, 스트레스 저항정도, 일반적인 건강 등을 포함한 여러가지 작물의 물리적 특성을 빠르고 정확하게 수집하고 분석할 수 있는 만능지형 로버와 무인 드론을 개발하였다. 이러한 정보는 급속한 인구증가 시대에 농업 생산성 증가분야에서 일하는 과학자들에게 반드시 필요할 것으로 보인다.

조지아 대학교 공과대학 교수이며, 이 프로젝트의 수석 조사자인 창잉 리 교수는 "과학자들은 2050년까지 이 세계의 인구는 91억명에 달할 것으로 예측하고 있습니다. 이는 30년 만에 30%가 증가한다는 것을 뜻합니다. 인구가 이렇게 증가되기 위해서는 현재 식량 생산성이 거의 2배 증가해야 합니다. 아주 어려운 요구지만, 한가지 가능한 해법은 유전자 도구를 사용하여, 고품질, 고산출의 적응성 높은 식물을 개발하는 것"이라고 말한다. 

현재는 과학자들이 식물의 특성에 관한 데이터를 수집하고 있지만, 매우 비용이 많이들고 힘든 과정이다. 연구자들이 하나의 식물을 하나씩 수작업으로 기록해야 하기 때문이다. 하지만, 리 교수 및 동료가 개발한 로봇을 사용하게 된다면 언젠가 연구자들이 작물의 데이터를 완벽하게 수집할 수 있게 될 것이다.

공동 수석 조사자인 앤드류 패터슨은 이 프로젝트는 식물 유전공학연구의 핵심적인 병목현상을 해결할 수 있다고 말한다. 화개 식물 게놈 지도제작에서 세계적인 권위자인 패터슨은 조지아 대학교 농업환경과학 대학 및 프랭클린 과학대학 석좌교수이다.

유전공학연구팀 자료수집 준비연구팀이 multi-spectral, hyper-spectral, 열감지 카메라를 준비하고 있다. 이들 카메라는 지난 여름 아테네 인근의 아이언 호스 식물과학농장에서 식물의 특성 데이터를 기록하게 될 것이다. 트랙터는 미리 테스트용으로, 만능지형 로봇과 무인 비행체로 대체될 예정이다.

"로봇은 우리가 이미 하고 있는 일을 더 효율적으로 해줄 수 있을 뿐 아니라, 우리가 현재로서는 취득할 수 없는 데이터도 얻을 수 있는 수단입니다. 예를 들어, 계절 말에 단한번 식물 키를 측정하는 대신 일주일 단위로 측정할 수 있다면 유전자 유형별로 비와 같은 특정한 환경적인 변수에 어떻게 반응하는지 알 수 있을 것입니다."라고 말한다.

멀티스펙트럴, 하이퍼 스펙트럴 및 열감지 카메라 외에도, 빛의 펄스를 이용해 거리를 측정하는 LIDAR(Light Detection and Ranging) 장치도 장착하게 될 것이다. 이 기술을 이용하면, 그들이 연구하는 식물의 정확한 3차원 영상을 생성할 수 있다.

작년 조지아 아이언호스 식물과학농장에서 이루어진 초기 시험동안 리 교수는 6개월간의 식물 성장기간동안 20테라바이트에 달하는 데이터를 수집한 걸로 추정하였다. 로봇이 완전히 작동할 경우, 데이터 량은 30배 이상이 될 것이라고 한다.

이러한 엄청난 양의 데이터를 분석하기 위하여, 연구자들은 페이스북에서 사진에 들어 있는 사람에 태깅을 하는 얼굴 인식 프로그램과 유사한 인공지능 알고리듬을 개발하고 있다.

"예를 들어 우리 알고리듬을 사용하면 넓은 지역의 항공사진을 스캐닝하여 각 식물 개체의 꽃의 위치와 갯수를 자동으로 알아낼 수 있을 것입니다."

작물이 심어진 밭의 골을 따라 움직이는 자동 자동차와, 공중에서 떠있는 드론과 함께 알고리듬도 핵심적인 역할을 담당하게 될 것이다. 이 프로젝트의 공동 수석 조사자이자 공대 조교수인 자바드 모하마드 벨리는 지상 및 공중 기체들이 독립적으로 운영되지만 효과적으로 협력하여 대상 현장을 구분하여, 다른 종류의 데이터를 수집할 수 있는 일련의 분석 도구를 개발하고 있다.

조지아 대학교 연구진들은 자신들의 작업이 식물 유전공학자들에게 엄청난 양의 육종 자료를 수집하고, 전세계의 인구를 지탱할 수 있도록 작물을 강화시킬 수 있는 플랫폼을 제공할 것이라고 믿고 있다.

"역사적으로 유전학은 적은 숫자의 농부와 생산자가 많은 인구를 지탱할 수 있는 생산량 증가에 많은 역할을 하였습니다. 유전학이 2050년에 필요한 농업 생산량을 배가시키는 데 많은 역할을 할 것이라는 것은 당연합니다. 이는 역사적인 수확증가량에 비해 약 2배이상의 속도가 필요하며, 이를 위해서는 더 많은 자세하고도 효과적인 표현형에 대한 연구가 핵심입니다."라고 패터슨은 지적하였다.

이 프로젝트는 국립로봇이니셔티브(National Robotics Initiative)로 부터 약 10억원을 지원받고 있으며, 국립과학재단, 미국농업부, 미국에너지부, NASA, 국립건강연구소 등으로부터 공동 지원을 받는 프로그램이다. 국립로봇이니셔티브는 미국의 차세대 로봇을 개발하고 사용을 촉진하기 위한 것이 목표이다.

원문 : http://www.wisfarmer.com/story/news/2017/02/12/robots-drones-accelerate-genetic-research/97838216/

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