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Summary

CONTENTS

목차

제1장 연구개발과제의 개요 15

제1절 연구개발 필요성 15

1. 새싹채소 시장현황 15

2. 새싹채소의 생산현황 및 안전성 16

3. 가정용 새싹채소 자동 재배시스템의 필요성 17

제2절 연구개발 목표 및 내용 18

1. 연구개발 목표 18

2. 연구내용 18

3. 연구범위 및 연구수행 방법 20

제2장 국내외 기술개발 현황 22

제1절 국내현황 생산 및 시장현황 22

제2절 국외 관련(유사)제품생산 및 시장 현황 24

제3절 개발기술의 산업화 방향 및 기대효과 25

1. 산업화 방향(제품의 특징, 대상 등) 25

2. 산업화를 통한 기대효과 26

제3장 연구 개발 수행 내용 및 결과 27

제1절 소비자 설문 조사 및 분석 27

1. 설문 항목 선정 27

2. 설문 대상 및 방법 선정 28

3. 설문조사 결과 및 분석 28

제2절 새싹채소류의 최적 환경 생육인자 구명 및 발아촉진 기술 개발 30

1. 새싹채소의 최적 생장 환경 구명 30

2. 새싹채소 종자 살균처리 및 세척 기술 개발 37

3. 새싹채소 종자의 세척 및 소독을 통한 프라이밍 효과 구명 40

제3절 적정 LED 파장 및 종자 카트리지 설계인자 구명 45

1. 새싹채소 신선도 증진을 위한 최적 LED 파장 구명 45

2. 새싹채소 살균처리 종자 카트리지 설계인자 구명 57

3. 새싹채소의 기능성 특성 강화 기술 개발 59

제4절 재배 시스템 설계 및 제작 66

1. 새싹채소 재배 시작기의 구성 66

2. 내부 온도 제어장치 설계 66

3. 관수 장치 및 LED 판넬 제작 69

4. 지능형 새싹채소 재배 알고리즘 개발 72

5. 재배 시스템 내부 모니터링 센서 구현 72

6. 새싹채소 재배 시작기의 성능 평가 및 고찰 74

7. 시제품 설계 및 제작 79

8. 자동 재배 시스템을 통한 생장 및 재배 특성 평가 90

제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 92

제1절 목표대비 성과 및 달성비율 92

제5장 연구개발 성과 및 성과 활용 계획 94

제1절 실용화 및 산업화 계획 94

제2절 교육/지도/홍보 등 기술 확산 계획 94

제3절 특허/품종/논문 등 지식재산권 확보 계획 95

제4절 추가연구/타 연구에 활용 계획 96

제6장 참고문헌 97

초록보기

I. 제목

지능형 가정용 새싹채소 자동 재배 시스템 개발 최종 보고서

II. 연구개발의 목적 및 필요성

참살이를 추구하는 소비자들이 무 농약, 무 호르몬 재배 등 안전하고 고기능성 식품을 적극적으로 요구함에 따라 개별소비에 의한 가정에서의 새싹채소 소비가 크게 증가하고 있다. 실제로 국내 채소산업 성장률이 연평균 0.5%씩 증가하는 동안 새싹 채소 국내 생산액은 연평균 24%씩 성장하여 2002년 80억원, 2006년 204억원의 급 성장을 이루었고, 2020년에는 1,082억원 까지 성장할 것으로 전망된다. 하지만 시중에서 유통되고 있는 국내 새싹채소의 경우 대부분이 대형 드럼식 배양기를 통해 생산되고 대부분의 새싹채소가 현재 콜드체인 시스템 유통이 도입되지 않은 상태이다. 특히, 도매시장에 출하된 상품은 상온에서 유통되기 때문에 신선도가 유지되지 않아 품질 면에서 문제가 종종 발생하고 있으며 여름철 도매시장에서 유통되는 새싹채소의 경우 유통기한이 매우 짧고 신선도가 크게 떨어진다. 더구나 종자의 소독 및 세척에 대한 절차가 없기 때문에 식중독균에 오염된 새싹채소를 섭취할 위험성을 지니고 있다. 이러한 위생적 문제와 각종 자연재해 및 예측 불가능한 환경요인에 따른 채소가격의 폭등과 변동으로 인해 각종 채소 및 야채를 직접 재배하는 가정이 크게 늘어나고 있다.

따라서 본 연구에서는 새싹채소 재배를 위한 적정 환경들에 대한 제어가 이루어지고, 종자에 대한 살균처리 및 세척과정을 거친 종자 카트리지를 통해 가정에서 안전하고 손쉽게 재배할 수 있는 가정용 자동 재배 시스템을 개발하고자 한다. 또한 새싹채소류에 최적화된 LED 파장과 조사시간을 적용함으로써 소비자들이 원하는 고기능성 측면을 만족시키고자 한다. 이를 통해 일반가정에서 보다 신선하고 기능성이 강화된 새싹채소를 섭취할 수 있게될 것으로 판단되며 상업화가 이루어질 경우 가전시장과 종자 산업에서 부가가치를 창출 할 수 있으며 저가 판매 혹은 렌탈 등의 형태로 재배 시스템을 보급하고 다양한 새싹채소의 카트리지를 판매하는 등의 새로운 시장도 형성될 것으로 기대된다.

III. 연구개발 내용 및 범위

가. 새싹채소류의 생장발육 환경 구명 및 생육 프로파일 개발

(1) 새싹채소의 생육에 관여하는 여러 요소들을 구명하고 각자의 요소들이 생장과 발육에 미치는 영향에 대해 생육 프로파일을 정리하여 새싹채소류를 최적의 상태로 재배할 수 있는 조건 설정

(2) 새싹채소의 최적 발아 조건을 구명하고, 이를 바탕으로 생육 촉진을 위한 기술 개발

나. 새싹채소의 기능성 특성 강화를 위한 기술 개발

다. 새싹채소별 최적 조건 데이터베이스 구축

소비자 선호도가 높은 새싹채소 종류에 따른 최적 환경제어 조건 데이터베이스 구축

라. 최적 생육 환경 구현 컨트롤러 및 자동 재배 시스템 개발

(1) 새싹채소류에 최적화된 LED 파장과 조사시간 구명함으로 최적의 광 환경에 대한 제어

(2) 자동 재배 시스템 내부 온도 조절 장치를 개발하고, LED 광원 설계

(3) 수경액 공급과 분사 그리고 배수 장치 개발

(4) 자동 재배 제어 시스템 개발

마. 새싹채소 살균처리 종자 카트리지 개발

(1) 새싹채소 종자 살균처리하고 세척할 수 있는 기술을 개발

(2) 살균 처리된 종자 카트리지를 개발하여 사용자가 재배 시스템에 간단히 장착함으로 새싹채소에 대한 자동 재배가 이루어지게끔 함

바. 새싹채소 종류의 인지와 개별 환경 제어가 가능한 지능형 시스템 구현

(1) 시스템 컨트롤러를 제작하고 이를 지능적으로 제어할 수 있는 알고리즘 개발

(2) 재배환경 모니터링 센서 개발

(3) 지능형 RFID 태그 시스템을 설계하고 인공지능 재배 환경을 구현

IV. 연구개발결과

외부환경으로부터 독립되며 온도, 광, 관수량이 제어되는 친환경 가정용 새싹채소 자동재배 시스템을 개발하였다. 재배 온도, 광의 세기, 광의 조성, 관수량에 대한 제어를 RFID tag 시스템을 이용하여 장착된 칩의 종자정보에 따라 지능형 제어가 가능한 시스템을 제작하였다. 지능형 제어가 가능하도록 하기 위하여 새싹채소의 종자별 관수량, 광량, 온도에 대한 실험적 데이터를 수집하여 종자별 생육정보에 대한 자동재배 알고리즘 인자를 선정하여 RFID 칩에 저장하였다. 기존의 새싹채소 재배기의 경우 특정 온도제어나 광제어가 이루어지지 않고 외부환경에 의존적인 시스템으로 특정 시기에만 재배가 가능하며 사용자가 재배상태에 대하여 수시로 확인해야했다. 또한 외부환경에 노출되어 재배장치 내부로 각종 미생물이 번식하거나 식중독균으로 인한 오염의 문제가 있었다. 이 시스템은 기존의 새싹채소 재배기와는 다르게 외부환경에 대하여 독립적으로 구성하여 외부로 인한 오염을 최소화 하였고 전력만 공급된다면 언제든 재배가능하다. 개발된 시스템으로는 1회 재배시 5일이 소요되며 최대 250g의 새싹채소의 재배가 가능하며 이는 4인가구 기준 1~2회 소비량이다. 개발된 가정용새싹채소 자동재배기를 시판함으로써 일반 가정에서 홈쇼핑이나 인터넷을 통한 직거래 기능을 활성화 하여 새싹채소 소비를 촉진할 수 있을 것을 기대된다.

또한 본 연구를 통해 개발된 친환경 가정용 새싹채소 재배기의 경제성 평가를 한 결과 월 2000대를 생산할 경우 부품단가의 합이 약 163170원으로 예상되며 시장판매가격은 20~25만원으로 형성될 것으로 판단된다. 또한 1회 재배에 소요되는 전력평가를 수행한 경과 월 400kwh를 소비하는 가구의 경우 1회 재배시 전기료는 2000원, 100kwh를 소비하는 가구의 경우 570원으로 조사된 새싹채소의 시장가격인 약 4000원에 비하여 매우 낮은 수준으로 소비자가 부담 없이 재배할 수 있을 것으로 기대된다.

V. 연구성과 및 성과활용 계획

가. 실용화 계획

(1) ㈜FC 포이베, ㈜산소와 생명에 기술 지도를 실시할 예정임

(2) 실용화를 위한 내구테스트 및 제품 성능 테스트를 외부 성능분석기관 및 시험기관에 의뢰하여 제품의 안정성 및 사용자 편의성에 대한 조사를 실시할 예정

(3) 본 재배기는 가정용으로 개발되었으므로 이를 고려하여 제품의 미관을 결정하였으나, 외관에 대한 다양한 렌더링 이미지를 설계하여 소비자를 대상으로 한 설문을 진행할 예정임.

나. 산업화 계획

(1) 참여기업의 산업화 및 제품 양산화를 위해 대량 생산체계의 구축이 필요하며 그에 따른 마케팅 계획이 필요함.

(2) 소비자에게 15만원 이하의 제품을 공급하는 것을 목표로 하고 양산 시스템 적용에 있어서 가격 결정 가이드라인을 설정할 계획임.

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