니모의 정원, 수중농업 실현의 성공요인.. 지멘스 디지털 트윈 솔루션

니모의 정원(Nemo’s Garden), 지멘스 엑셀레이터(Xcelerator) 디지털 트윈 활용해 빠른 속도로 설계와 테스트 반복

니모의 정원(Nemo’s Garden)은 이탈리아 스쿠버 다이빙 장비 제조업체 오션 리프 그룹(Ocean Reef Group)의 사장 세르지오 감베리니(Sergio Gamberini)와 그의 아들 루카 감베리니(Luca Gamberini)에 의해 2021년 설립됐다. 이 스타트업의 엔지니어, 다이버, 과학자들은 허브, 과일, 채소의 수중 재배 가능성에 몰입했다. 수중 생물권인 니모의 정원의 핵심적인 혁신은 농작물 재배에 이상적인 환경을 조성하기 위한 독특한 유형의 수중 온실을 안정적으로 구축하는데 있다.

디지털 전환 접근성 높여 소규모 전문팀도 엔터프라이즈급 혁신 툴을 활용하도록 지원

지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어(Siemens Digital Industries Software)는 지속 가능한 수중 농작물 재배 전문 스타트업인 니모의 정원(Nemo’s Garden)이 지멘스의 엑셀레이터(Xcelerator) 소프트웨어와 서비스 포트폴리오를 도입해 혁신 주기를 단축하고 산업화 및 확장을 더욱 빠르게 진행하고 있다고 발표했다.

니모의 정원 팀의 엔지니어, 다이버, 과학자들은 허브, 과일, 채소의 수중 재배 가능성을 증명하기 위해 노력해 왔다. 수중 생물권인 니모의 정원의 핵심 혁신은 농작물 재배에 이상적인 환경을 조성하기 위한 독특한 유형의 수중 온실이다. 이 온실에서는 온도 안정성, 증발 수 생성, CO2 흡수, 풍부한 산소, 해충으로부터의 보호와 같은 해양의 긍정적인 환경 요소들을 활용할 수 있다.

이 팀은 시험 제작된 생물권으로부터 다양한 작물을 성공적으로 수확했다. 또한, 이러한 환경에서 자란 식물들이 전통적으로 자란 식물들보다 영양적으로 더 풍부하다는 것을 발견했다. 팀의 목표를 달성하는데 있어 다음 과제는 이 시험 제작 생물권을 전 세계적으로 확장할 수 있는 솔루션으로 바꾸는 것이다. 그러나 이 팀은 이를 위해 10년을 더 기다리기를 원하지 않았다.

혹독한 겨울, 짧은 여름, 초기 해저 사용 허가 제한으로 인해 니모의 정원의 재배는 연 1회로 제한됐으며, 이는 혁신 주기가 1년에 한 번뿐임을 의미했다. 이러한 상황에서 재배 기간 동안 설계 변경, 오랜 기간의 물리적 테스트, 과중한 수동 모니터링으로 인해 어려움을 겪은 니모의 정원 팀은 혁신을 가속화하고 운영을 확장할 방법을 모색했다. 이 팀은 최첨단 기술을 활용한 목표 달성과 관련해 통찰력을 얻고자 텍시(TekSea)의 마테오 카발레로니(Matteo Cavalleroni)와 컨설팅을 진행했다. 초기 컨설팅 이후 지멘스는 해당 프로젝트에 참여할 것을 요청받았으며, 엑셀러레이터 소프트웨어 포트폴리오와 서비스를 통해 니모의 정원이 개발의 다음 단계로 나아가 산업화 및 상품화 준비를 할 수 있도록 지원하고자 했다.

니모의 정원 공동 설립자 루카 감베리니(Luca Gamberini)는 “지멘스의 디지털 트윈 기술을 처음 보자마자 매료됐다. 니모의 정원은 굉장히 독특한 시스템이기에 우리는 이것이 설치될 각 환경에 맞춰 시스템을 조정해 나가야 했다. 이를 시작하기 전 해당 환경을 가상으로 모델링할 수 있다면 문제를 예측하고 이를 최선의 방법으로 해결할 수 있다는 것을 인지했다. 우리는 생물권 주변의 물의 흐름을 이해할 수 있게 된다는 점에서 이 기술의 이점을 높이 샀다.”고 말했다.

니모의 정원팀은 지멘스 디지털 트윈 솔루션을 통해 실제로 생물권 주변 구조의 스트레스 포인트에 대해 더 잘 이해하게 됐다. 또한 태양 복사, 온도, 모든 물리적 요인의 다양한 상호 작용이 식물에 어떻게 작용하는지도 알게 됐다.

니모의 정원 생물권의 포괄적인 디지털 트윈은 지멘스의 NX™ 소프트웨어를 사용한 설계 발전을 포함한다. 이는 장비가 설치된 전체 환경, 그 안에서의 성장 조건, 장비가 수역에 미치는 영향을 시뮬레이션할 수 있도록 모두 지멘스의 심센터(Simcenter)™ STAR-CCM+™ 소프트웨어를 사용해 구축됐다. 이에 니모의 정원팀은 더 이상 날씨, 계절, 짧은 성장기, 다이빙 규제, 감시 등의 제한에 구애받지 않게 됐다. 아울러 가상 세계에서 이 생물권에 대한 적응을 테스트할 수 있으므로 니모의 정원 팀은 더욱 빠른 속도로 설계를 개선할 수도 있다.

에지에서의 모니터링

니모의 정원은 물리적 생물권을 엔지니어링할 뿐 아니라 식물의 성장, 추적, 수확을 위한 프로세스를 최적화하고 확장해야 했다. 데이터 수집을 위해 훈련된 다이버에 의존하지 않는 지속 가능한 비즈니스를 만들기 위해, 전통적인 농업 관행을 자동화하는 지멘스의 광범위한 소프트웨어 활용 경험을 통해 완전히 디지털화된 접근 방식을 개발했다.

지멘스의 마인드스피어(MindSphere^®) 서비스를 사용해, 다양한 성장 단계 및 건강 상태에 있는 동일한 대상 작물의 기존 농업 운영 참조 데이터와 함께 성장 주기에 대한 기존 영상 자료를 분석했다. 이를 통해 지멘스는 돔 내의 환경 조건뿐만 아니라 식물의 성장을 모니터링하는 머신러닝 알고리즘을 훈련시킬 수 있었다.

이 알고리즘이 각 생물권에 있는 지멘스의 산업용 엣지 컴퓨팅 디바이스에 설치되면 클라우드 기반 대시보드를 통해 계절에 관계없이 어디서나 실시간으로 재배 식물을 모니터링할 수 있다. 다음 재배 시즌에는 이러한 산업용 엣지 디바이스를 액추에이터에 연결해 시즌 내내 공기 순환, 습도, 관개, 영양 공급을 자동으로 조정할 예정이다. 이는 해저 운영에 최적화되고 세계 각 해양에 맞게 조정된 글로벌 농업 서비스의 기반이 될 수 있다.

진정한 디지털 전환을 통해 니모의 정원은 친구들과의 저녁식사에서 가벼운 도전으로 시작된 이 독특한 컨셉을 전 세계에서 지속적으로 전개할 수 있는 상업용 해저 농업 플랫폼으로 일궈내고 있다. 새롭게 설계된 생물권은 다음 재배 시즌에 도입될 예정이다. 니모의 정원 팀은 재배 환경에 사용되는 포괄적인 디지털 트윈으로 설계를 더욱 최적화하고 프로세스를 자동화함으로써 글로벌 확장 계획을 추진하고 있다.

지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어의 지속 가능성 담당 부사장 에린 데볼라(Eryn Devola)는 “디지털화는 대기업뿐 아니라 모든 기업을 위한 것이다. 실제로 소규모 기업이나 스타트업들이 종종 큰 이익을 거둘 수도 있다. 우리가 현재 스타트업들과 함께 하고 있는 일은 스타트업이 세상에 미치는 영향을 증폭시켜 혁신을 돕고 이 혁신을 가속화할 수 있게 해준다. 환경에 긍정적인 영향을 미치면서 사람들에게 식량을 제공하기 위해 노력하는 인간 중심의 기술을 갖춘 열정적인 팀을 보게 돼 매우 기쁘다”고 말했다.