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1. 제작 동기
요즘 코로나 바이러스로 인해서/ 사람들이 집에 있는 시간이 많아지면서/ 취미로 채소를 키우는 사람이 증가했다. 팬데믹 장기화로 ‘반려식물’에 대한 관심이 커지면서 / 토마토와 바질 등 직접 먹을 수 있는 채소를 키우는 ‘홈파밍’도 뜨고 있다.
식물이 좁은 공간에도 하나 놓여 있으면 전혀 다른 분위기를 연출할 수 있다는 점에서 인테리어 소품으로도 인기를 끌고 ‘코로나 블루’라는 우울한 증세를 극복하는 방법 중 하나가 되었다. 또한 헬스케어에 관심이 많아진 요즘 건강한 먹거리를 찾는 사람들이 직접 식물을 키우면서 농약 없이 신선한 채소를 갓 수확해 먹을 수 있는 가정 내 식물재배가 트렌드가 되어가고 있다.
하지만 물과 거름을 제때 주고, 알맞은 빛과 온도와 습도를 유지하는 것이 초보자에겐 쉬운 일은 아니므로 기업들은 이런 문제를 손쉽게 해결해주는 ‘식물재배기’를 대여나 판매를 하고 있다. 기사를 통해 코로나 확산 이후 이런 ‘식물재배기’의 판매량이 5배 이상 늘며 수요가 점점 증가하는 것을 알 수 있었다. 이런 트렌드에 맞추어 좀 더 가정에 최적화된 식물재배기를 구성해보았다.
이러한 장점과 더불어서 실내에서 키우면서 손쉽게 키울 수 있는 재배 방식에 대해서 조사를 해보았다. 조사 결과 수경재배 방식이 간단한 설치와 관리도 인해 많은 사람들이 선호하는 방식 중 하나임을 알게 되었고, 실내와 쉬운 재배의 키워드를 모두 만족하는 방식으로 여러 수경재배 방식 중 하나를 채택하였다.
2. 작동 원리
흙 없이 키우는 수경재배를 채택했다. (#1)이렇게 뿌리를 얇게 적신 필름에 얹어 키우는 방식, (#2) 물을 아주 조금씩 흘려주는 방식 (#3) 뿌리를 물에 계속 담아두는 방식이 있다. 기존 시제품들과 일반적으로 사용되던 방식은 #3번의 DWC(Deep Water Culture)이었다. 이는 여러 작물을 키우는데 효과적이나 양액의 오염 시 집단 폐사의 위험이 있으며, 물의 사용량이 매우 많아 가정용으로는 적합하지 않다. 에어로포닉스는 뿌리에 물이나 양액을 직접 담그지 않고 수증기 화 하여 영양을 공급하고, 이로써 식물을 재배한다. 이때 수증기는 밀폐공간 내에서 일정 농도를 유지하도록 필요 시에만 분무 되므로, 상대적으로 타 재배방식에 비해 물의 사용량이 적고, 수경재배 방식중에서도 물을 적재하거나 흐르게 하는 플랜트 공간이 최소화 되어 소형화에 적합한 이점을 가지기 때문에 에어로포닉스를 채택하게 되었다.
3. 작품 구조 및 설계 – 1
1) 수직 플랜트
식물을 지면에 수평이 아닌 수직으로 재배가 가능하다. 컴팩트한 디자인으로 공간의 효율성을 확보하였으며 플랜트 하부에 회로 부품을 배치해 식물 동일 수량 시 DWC방식 대비 부피를 1/2가량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
2) 무드등 컨셉
LED의 색상 변화를 통하여 쉽게 시각적으로 플랜트 양액의 부족을 사용자가 파악가능하고 평상시에는 생장 LED의 화이트-주광색 광을 통하여 간접조명 무드등으로 사용가능하다.
3) 모듈화 및 미니멀리즘 디자인
원통의 1/4 형태인 쿼터실린더로 4개를 이어 붙여 원통으로도 배치가능하며 단독으로나 벽면에 붙여서나 어울리는 디자인으로 구성했다.
4) 탈착형 커버
식물 전면을 덮는 커버에 생장 LED가 있어 식물에 직접적으로 빛을 조사한다. 몸통 면과 자석으로 붙어있어 수확 시 탈부착이 용이하고 방충망으로 덮여 있어 방충효과 및 통풍, 외부 빛 공유 등이 가능하다.
5) 간편한 물관리
플랜트 하부의 물통을 분리하여 간단히 물을 채울 수 있으며 기존 DWC 대비 물 교환 주기가 길며 UV램프로 항시 양액을 소독하여 세균 번식에 의한 폐사 방지를 한다. 뿌리 파트에 있는 온습도 센서가 습도를 파악하여 초음파 가습기의 작동 여부를 판단한다.
4. 작품 구조 및 설계 – 2
1) SMPS
아두이노 GPIO의 경우 전체 전류 200mA, 핀 당 최대 출력 전류 40mA를 지원한다. 다량의 LED 사용 및 가습기 모듈의 발진회로로 인한 높은 전류 소모를 견디기 위해 SMPS를 이용한 외부 전원을 이용하였다. 소형의 SMPS를 이용해 부피를 최대한으로 간소화시켰다.
2) UV LED
일반적인 DWC방식처럼 뿌리는 양액에 담궈두는 방식은 양액오염시 폐사의 위험이 있다. 양액통과 뿌리가 분리되어있는 에어로포닉스 방식의 플랜트는 오염에 대한 위험이 없다. 하지만 가정 내 사용하며, 특성상 양액 교체의 주기가 길기 때문에 혹시 모를 예방책으로 양액이 담긴 물통에 UV로 살균하여 더욱 안정성을 높였다. UV광은 인체에 유해하므로 물통이 분리되었을 경우 바로 꺼지게 설계하였다.
3) RGBW LED
물통에 물이 없거나 물통이 제대로 결합하지 않았을 경우 RGBW LED를 통해 붉은색의 빛으로 사용자에게 알려 즉각적으로 문제를 파악하도록 한다. 평상시 해당 LED는 하얀색 빛으로 동작하여 생장 LED의 보조 역할을 하도록 한다.
5. 작품 구조 및 설계 – 3
1) 부품 구성
2) 회로도
6. 작품 구조 및 설계 - 4.
1) 조도센서 2) 온습도 센서
3) 수위 센서
7. 완성 모습 및 작동
8. 기대효과
1) 디자인 측면
다른 상용 수경재배 키트들의 경우에는 물이나 양액을 저장하기 위해서 욕조나 상자의 형태를 띄고 있으므로, 실내에서 많은 부피를 차지하며, 투박한 디자인에 의해 인테리어 상 다른 가구나 오브제와도 어울리기 힘들다. 반면, 에어로포닉스를 사용하는 Cloud Farm의 경우 물이 차지하는 부피가 줄어들어 전체 크기를 최소화 할 수 있었으며, 더불어 트렌드에 맞는 미니멀리즘 디자인과 화이트 톤을 채택, 단순하지만 가구와 벽면에 잘 조화되는 쿼터-실린더 형태로 제작되어 실용성과 디자인이라는 사용자의 니즈를 모두 충족시킬 수 있다.
2) 가격적 측면
웰스팜의 경우 최소 월 2만원 대의 렌트 방식으로 운영하고 있으나 기기의 판매가는 6개 모종대비 80만원 대로 높은 가격이다. 고가 책정 원인으로 유리 사용, 환기 시스템, 양액 정화 필터 등이 예상된다. 또한 최근 시장에 등장한 LG사의 ‘틔운’은 고가형 가전상품으로, 웰스팜과 동일한 기능을 선보이고 있으나, 본체가격이 150만원 대, 모종 개당 가격도 6600원 수준으로 소비자들에게 있어서 가격적 메리트가 없다고 판단된다.
반면 Smart Farm의 경우, 실용적인 기능 및 설계로 2개 모종을 기를 수 있는 현재 시제품 재료비 대략 11만원의 원가로 제작을 할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 전자제품 중 가전의 가격 대비 원가가 대략 30%정도임과 모종 생장을 위해 차지하는 부피를 생각할 때, 타사 제품들에 비해서 충분히 경쟁력을 가지고 있는 것으로 파악된다. 또한, 일반적인 수경재배 방식을 사용한 타사 제품과 다르게 Smart Farm 은 에어로포닉스 특성상 사용하는 물의 양이 적으므로, 유지비 또한 낮다는 장점을 가진다.
9. 가정 내 배치 모습
가정의 인테리어를 해치지 않고 잘 어울리는 모습을 보임.
11. BOM
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