Arm 기술을 활용하여 물 낭비를 줄이는 스타트업을 만나보세요

ARM 기반 스마트 관개 솔루션, 물 절약 및 효율 증대 기대

미국 캘리포니아의 극심한 가뭄이 한창이던 2011년부터 2017년 사이, NASA의 한 연구는 잔디가 미국 최대의 단일 작물임을 밝혀냈습니다. 이 연구는 잘 관리된 잔디가 대기 중 이산화탄소를 제거하는 데 도움이 될 수 있다고 언급했지만, 무분별한 인공 잔디 관개는 이보다 훨씬 더 많은 해를 끼칠 수 있다고 경고했습니다.

H2OPro의 공동 창업자인 Tom O’Dell은 "중서부에 살든 애리조나의 가장 건조한 지역에 살든 상관없이, 무성한 잔디는 미국적인 꿈과 동의어입니다. 하지만 그 꿈을 유지하기 위해서는 물이 필요하며, 정확히 얼마나 필요한지 알아내기 매우 어렵습니다. 미국 가정용 식수의 최대 75%가 실외 관개에 사용되며, 그 중 상당수는 불필요하게 사용됩니다."라고 말합니다.

가뭄이 심화되고 캘리포니아의 상위 1% 물 사용자들이 물 사용 습관을 바꿔달라는 당국의 요청을 받기 시작하면서, O’Dell은 관개를 더욱 지능적으로 모니터링할 필요성을 절감했습니다.

기존 수도 계량기의 한계

O’Dell은 "기존 가정용 수도 계량기는 전체 가구 사용량만 기록하기 때문에, 주민들은 요금이 급증할 때까지 문제를 인지하지 못합니다. 저희는 스프링클러 타이머와 유량계를 결합한 사물인터넷(IoT) 장치를 설계하기 시작했습니다. 이 장치는 전체 실외 수도 공급뿐만 아니라 여러 개의 개별 스프링클러 구역을 제어하고 모니터링할 수 있습니다."라고 설명합니다.

이 비전을 실현하기 위해 O’Dell은 엔지니어링 스타트업 H2OPro를 공동 설립했습니다. 하지만 먼저 팀은 여러 구역의 타이밍을 관리하고 무선 센서의 유량 데이터를 분석할 수 있는 강력한 기술 솔루션을 찾아야 했습니다.

ARM Cortex-M4 프로세서 기반 솔루션

H2OPro 팀은 전력 효율적인 Arm Cortex-M4 프로세서와 통합 Wi-Fi 모듈을 갖춘 상용 기성품(COTS) Texas Instruments SoC를 선택했습니다. O’Dell은 "COTS 부품에 Arm Cortex-M4와 같은 프로세서가 있다는 것은 소규모 엔지니어 팀이 안정적이고 검증된 생태계 내에서 새 애플리케이션과 솔루션을 신속하고 비용 효율적으로 개발할 수 있게 해줍니다. 이는 마치 인터넷 개발과 같습니다. 더 이상 대규모 자원을 가진 대형 소매업체만이 상품과 서비스를 마케팅하고 판매할 필요가 없어진 것처럼 말입니다. 좋은 아이디어를 가진 사람은 누구나 시장에 진입하여 경쟁할 수 있게 되었습니다. Arm은 이제 하드웨어 커뮤니티에도 이러한 시장 민주화를 가져왔습니다."라고 말합니다.

O’Dell은 또한 "소규모 회사로서 예산이 많지 않았기 때문에, 잘 알려진 C 프로그래밍 언어로 Arm 컨트롤러를 프로그래밍할 수 있다는 점이 우리에게 큰 도움이 되었습니다. 또한, 광범위한 무료 EDA(전자 설계 자동화) 도구도 학습과 빠른 애플리케이션 개발에 매우 유용했습니다."라고 덧붙였습니다.

지능형 장치의 학습 능력

H2OPro의 Arm 기반 장치는 최대 8개의 유량 센서를 사용하여 물의 흐름을 모니터링합니다. 이 센서는 대부분의 스프링클러 시스템에 사용되는 표준 솔레노이드 밸브에 연결됩니다. O’Dell은 "Cortex-M4의 통합 인터럽트 컨트롤러 시스템을 사용함으로써 추가적인 하드웨어 로직이나 관련 비용 없이 +/- 10%의 정밀도로 유량을 측정할 수 있습니다."라고 설명합니다.

통합 Wi-Fi 모듈은 H2OPro를 진정한 IoT 스마트 장치로 만듭니다. 회사의 스마트폰 앱을 통해 원격으로 물 사용량을 모니터링하고 기록할 수 있으며, 앱에서 물주기 일정을 생성할 수도 있습니다. 이 시스템은 각 구역의 일반적인 물 흐름을 자동으로 학습하여 잠재적인 누수를 지능적으로 추적하고, 심각한 누수가 발생하면 밸브 수준에서 자동으로 차단합니다.

인터넷 연결 솔루션으로서 H2OPro는 지역 날씨도 모니터링하여 물주기 일정을 자동으로 조정합니다. 지난 24시간 동안 폭우가 내렸다면, 과도한 물주기를 피하기 위해 물주기를 지연시킵니다. Arm Cortex-M4의 확장 용이성 덕분에 더욱 발전된 날씨 기반 기능이 계획되어 있습니다. O’Dell은 "예측에 따라 물 사용량을 조정하는 더욱 발전된 알고리즘을 배포하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 증발산 과정을 더욱 지능적으로 모델링하고 측정하는 방법을 연구하고 있습니다."라고 밝혔습니다.

농업 분야로의 확장 가능성

지능형 흐름 추적은 정원과 지갑에 해로운 누수를 자동으로 차단할 수 있습니다. H2OPro가 성장함에 따라 잠재적인 사용처도 확대되고 있습니다. O’Dell은 "이제 저희 기술이 잔디밭에서 상업용 농장으로 확장될 가능성을 고려하고 있습니다. 농장에는 수 마일에 달하는 관개 호스가 있을 수 있으며, 이는 흥미로운 손실 방지 과제를 제시합니다."라고 말합니다.

앞으로의 과제에도 불구하고 O’Dell은 자신의 기술이 충분히 해결할 수 있다고 확신합니다. "Arm 생태계의 유연성은 장치가 배치되는 환경이 무엇이든 '정상'이 무엇인지 학습하는 복잡하고 맞춤화된 알고리즘을 만들 수 있게 해줍니다."

O’Dell에게 이것은 단순히 농장의 수익 개선만을 위한 것이 아닙니다. 그의 고향에서 겪었던 지난 7년간의 가뭄은 여전히 그의 마음에 남아 있습니다. 그는 "캘리포니아와 같이 인구 증가, 기후 변화, 농업 증가로 인해 제한된 수자원에 대한 압박이 점점 더 커지는 주에서는 농업 용수 사용이 더욱 중요해졌습니다. 이러한 지역에서는 지방 정부가 토지 소유주들에게 잔디밭을 가뭄에 강한 식물이나 다른 종류의 조경으로 교체하도록 권장하고 있습니다."라고 말합니다.

"정부의 이러한 이니셔티브를 따르는 사람들도 있겠지만, 여전히 물을 많이 필요로 하는 잔디를 고집하는 사람들도 있을 것입니다. 어느 쪽이든 관개는 여전히 필요하며, 저희는 물 낭비를 최소화하고 건강한 식물을 유지하는 데 필요한 만큼만 물을 공급하는 솔루션을 제공하고자 합니다. 저희 기술이 어디에 배치되든 미래 세대를 위해 우리의 천연 자원을 더 잘 관리하고 보존하는 데 도움이 되기를 바랍니다."