▲ 농촌진흥청은 인공지능(AI) 기술을 활용해 비전문가도 빠르고 정확하게 어미돼지 임신 여부를 판정하는 ‘인공지능 활용 돼지 임신 판정 기술’을 세계 최초로 개발했다. 【사진출처=농촌진흥청】
농가 업무 효율 높이고, 사료비 등 생산비 절감 효과 커
숙련 기술을 갖춘 전문가에 의해 행해지던 어미돼지 임신 판정을 비전문가도 비교적 쉽게 할 수 있는 길이 열렸다.
농촌진흥청(청장 권재한)은 인공지능(AI) 기술을 활용해 비전문가도 빠르고 정확하게 어미돼지 임신 여부를 판정하는 ‘인공지능 활용 돼지 임신 판정 기술’을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.
일반적으로 돼지 임신 여부는 관리자가 인공수정 후 21일령부터 어미돼지 행동을 관찰하고 태낭(아기주머니)이 잘 보이는 25일령 이후 자궁 초음파 영상을 판독해 확인한다.
하지만, 초음파 영상 판독은 관리자의 숙련도에 따라 임신 판정 가능 시기와 정확도가 크게 좌우되고, 비전문가의 경우 28일령 이후에나 임신 여부를 판정할 수 있다.
연구진은 20만 점 이상의 고화질(5MHz) 자궁 초음파 영상 정보(데이터)를 수집하고 인공지능 학습을 수행해 임신 여부를 확인할 수 있는 연산 방식(알고리즘)을 적용한 인공지능 모델(모형)을 만들었다.
아울러 양돈 현장에서 주로 사용하는 저화질(3MHz) 자궁 초음파 영상 23만 점을 수집해 저화질 영상 개선 기술을 적용하고, 인공지능 모델(모형)을 학습시켜 농가 보급형 돼지 임신 판정 프로그램을 개발했다.
초음파 장비로 어미돼지 복부 초음파 영상을 10초 이상 찍은 다음 프로그램을 작동시키면 임신 여부를 인공지능이 판정해 알려준다. 인공수정 후 22~25일령 기준으로 95% 이상의 정확도를 보였다.
농촌진흥청은 이 기술을 활용하면 영농후계자, 외국인 근로자 등 비전문가도 돼지 임신 여부를 손쉽게 확인할 수 있다고 밝혔다. 임신 판정까지 걸리는 시간은 짧고, 정확도는 높으며, 잦은 인력 교체나 전문인력 부족으로 어려움을 겪는 농가의 업무 효율을 개선할 수 있다고 덧붙였다.
또한, 임신 판정 시기가 빨라지면 그만큼 임신한 돼지의 건강관리 기간이 늘어나 생산성 향상을 꾀할 수 있게 된다. 특히 임신하지 않은 돼지는 재 인공수정을 통해 비생산일수*를 줄일 수 있어 사료비 절감 효과도 거둘 수 있다.
농촌진흥청은 ‘인공지능 활용 돼지 임신 판정 기술’과 관련해 3건의 특허를 출원*했으며, 희망 업체를 대상으로 기술이전 할 계획이다. 또한 인공지능 모형을 고도화해 돼지의 발정주기 이전 시점인 임신 18∼21일령에 95% 이상의 판정 정확도를 확보할 계획이다.
현장 실증에 참여한 디디팜 농장 이창번 대표(경기도 연천군)는 “외국인 근로자 등 비전문성 인력이 자궁 초음파 영상을 판독할 수 있도록 교육하는 데 많은 시간과 노력이 들었는데, 이 기술은 쉽고 안정적으로 임신 판정이 가능해 큰 도움이 된다.”라고 전했다.
농촌진흥청 국립축산과학원 임기순 원장은 “임신 판정 외에도 어미 돼지 체형관리, 아기 돼지 위험 감지 등 다양한 인공지능 기술 개발을 추진하고 있다.”라며, “앞으로도 생산성을 높이고 사육 비용은 줄일 수 있는 스마트팜 기술을 확대해 양돈농가의 경쟁력 강화에 기여하겠다.”라고 말했다.
[다음은 일문일답 내용이다]
- 인공지능 활용 임신 판정 기술을 개발하게 된 배경은 무엇인가요?
▲ 양돈농장에서 어미돼지 임신 판정은 매우 중요합니다. 인공수정 후 가능한 빠른 시기에 임신 여부를 확인해 비생산 일수를 줄여야 생산비를 낮출 수 있기 때문입니다. 하지만 현재 현장에서 통용되는 임신 판정 방법은 시간과 비용이 많이 들고, 전문가의 숙련도에 크게 의존하고 있는 실정입니다. 최근 양돈농장에 외국인 근로자가 빠르게 늘고 있지만 이들은 비전문성, 언어 소통, 교육 등의 문제로 임신 판정과 같은 숙련 기술이 필요한 업무에 투입하기 쉽지 않습니다. 또한 국내 가능한 체류 기간이 달라 전문인력으로 양성하기도 어려운 부분이 있습니다. 이러한 양돈농장의 어려움을 개선하고자 인공지능 기술을 도입한 임신 판정 기술을 개발하게 되었습니다.
- 인공지능 활용 임신 판정 기술의 정확도는 어느 정도인가요?
▲ 인공수정 후 22∼25일령 정확도는 현재 95% 이상입니다. 전문가 판정은 사람에 따라 판단 가능 시기와 정확도에 차이가 있지만 개발 기술을 활용하면 일정한 정확도를 유지할 수 있습니다. 현재 18~21일령 정확도는 88% 수준이지만, 고도화를 통해 95% 수준으로 높일 계획입니다.
- 기존에는 양돈농장에서 임신을 어떻게 판정했나요?
▲ 양돈농가마다 차이는 있지만 가장 일반적인 방법은 재발정 판정법과 초음파 판정법을 병행하여 판단하는 것입니다. 발정주기 21일에 맞춰 육안으로 어미돼지를 관찰하거나, 수퇘지를 활용해 1차로 임신 여부를 확인하고, 2차로 전문가가 25일 이후 자궁에 형성된 태낭의 초음파 영상을 판독하여 판정하고 있습니다. 이러한 방법은 전문가의 숙련도에 크게 의존하기 때문에, 전문인력이 되기 위해서는 영상 판독에 대한 반복 훈련이 필요합니다. 반면, 개발 기술은 초음파 영상을 인공지능 스스로 자동으로 분석하여 임신 여부를 판단하기 때문에 전문가의 숙련도에 대한 의존도가 낮습니다.
- 이 기술을 적용한 사례가 있다면, 농가 반응은 어떤가요?
▲ 국립축산과학원 연구 농장을 포함해 총 4곳에서 인공지능 기반 임신 판정 기술을 테스트했습니다. 그 결과, 기존 방법보다 빠르고 정확한 판정이 가능하다는 것을 확인했습니다. 테스트 중인 농가에서는 이 기술의 도입에 대해 매우 긍정적인 반응을 보이고 있습니다. 특히, 초음파 장비 사용에 익숙하지 않은 비전문가도 쉽게 활용할 수 있어 업무 효율 개선 및 인건비 절감 효과가 있습니다. 그동안 임신 판정하는 방법을 외국인 근로자에게 교육하는 일에 시간과 노력을 많이 들여야 했는데 이 시간에 다른 일을 할 수 있어 업무 효율이 높아졌다는 의견이 있었습니다.
- 이 기술은 어떻게 학습되었나요?
▲ 개발한 임신 판정 기술은 인공수정된 수많은 어미돼지의 임신 일령별 자궁 초음파 영상을 촬영하고 여기서 얻어진 이미지 23만 장을 사용하여 학습되었습니다. 각 영상은 임신 여부와 태아(아기)의 발달 단계를 명확히 라벨링해 모델이 학습할 수 있도록 했습니다. 학습용 데이터는 실제 돼지농장에서 수집한 것이며, 데이터 증강 및 화질 개선 기법을 통해 다양한 상황을 시뮬레이션하여 정확도를 높였습니다.
- 인공지능 활용 임신 판정 기술을 사용하는 비용은 어떻게 되나요?
▲ 초기 장비 도입 비용은 있을 수 있지만, 기존 농가에서 사용하는 장비 가격과 큰 차이는 없을 것으로 예상하고 있습니다. 또한, 기존 장비는 영상저장 기능이 없어 장비 교체가 필수적이나 장비 교체 시기에 맞춰 기술을 도입한다면 큰 부담 없이 활용할 수 있습니다. 특히 장기적으로 볼 때, 해당 기술 도입 비용보다 기술 활용을 통한 농가 생산비 절감 효과가 더 클 것으로 기대되며, 많은 농가가 활용할 수 있도록 정책지원 사업도 추진할 예정입니다.
- 이 기술이 농가에 미치는 경제적 효과는 무엇인가요?
▲ 인공지능 기반 임신 판정 기술은 기존 전문인력의 임신 판정 업무를 대체함으로써 비전문가 활용, 판정 시간 단축 등을 통해 인건비 저감 효과가 있습니다. 우리나라 어미돼지 사육 마릿수 90만 마리 기준으로 연간 약 33억원의 임금 저감 효과를 기대할 수 있습니다. 또한, 인공수정 후 21일령 조기 임신 판정 기술 활용을 통해 비생산일수를 줄임으로써 연간 사료비 약 85억 저감 효과를 기대할 수 있습니다.
- 이 기술을 양돈농가 외 다른 분야에도 적용할 수 있나요?
▲ 이 기술은 원칙적으로 임신 판정을 위한 모든 초음파 영상 판독 분야에 적용될 수 있습니다. 예를 들어, 염소, 사슴, 말, 반려견 등 다른 동물들의 임신 판정에서도 활용될 가능성이 있습니다. 다만, 다른 곳에 적용하기 위해서는 해당 인공지능 모델의 학습이 필요하여 해당 동물에 대한 데이터 수집 과정이 반드시 있어야 합니다. 현재는 어미돼지의 임신 판정에 초점을 맞추고 있지만, 향후 다양한 분야로 확장할 계획입니다.
- 해당 기술은 언제부터 농가에서 활용이 가능한가요?
▲ 현재 하반기부터 기술이전을 실시해 내년부터는 사용이 가능할 것으로 예상됩니다. 기술의 빠른 보급을 위해 협회, 생산자 단체, 사료 회사, ICT 장비 취급 업체 등 기술이전을 원하는 곳이면 어디든 기술이전을 실시하여 최대한 빠르게 농가에서 사용할 수 있게 하겠습니다.
- 해외에서 돼지 임신 판정은 어떻게 이뤄지고 있나요?
▲ 한국과 마찬가지로 재발정 판정법과 초음파 판정법을 모두 이용하고 있습니다. 인공수정 후 21일령에 재발정 징후로 비 임신돈을 판정하고, 25일령 전후로 전문가가 초음파 측정 후 임신을 판정하고 있습니다. 따라서 개발한 임신 판정 기술의 수출 가능성도 있습니다.
- 현재 진행 중인 축산분야 AI 기술 적용 연구는 어떤 것들이 있나요?
▲ 국립축산과학원에서는 축산농가의 생산성을 높이고, 관리 기술의 자동화를 위해 다양한 기술을 개발하고 있습니다. 간략하게 말씀드리자면, 체중, 체형 등과 같은 가축들의 경제형질을 자동으로 측정하는 기술, 가축의 번식 및 질병 예측 기술, 젖소 로봇착유기, 어미돼지 체형관리 자동화 기술, 비 산란계 선별 기술, 축산농가 냄새 모니터링 시스템 등이 있습니다.
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