一、服務機器人分類
1、護士助手機器人
“護士助手”機器人是恩格爾伯格創建的TRC公司(si)的第(di)一(yi)個服務(wu)機器人產品。它于1985年開始研制,1990年開始出售,目前(qian)已(yi)在世界各國幾(ji)十家醫院投入使用。
“護(hu)士助(zhu)手”是自主式機器(qi)(qi)人,它不需(xu)要有線(xian)制導,也不需(xu)要事先作(zuo)計劃,一旦編(bian)好程序,它隨時可以(yi)完成(cheng)以(yi)下各項任務(wu):運(yun)(yun)送醫療器(qi)(qi)材和設備,為(wei)病人送飯,送病歷、報(bao)表及(ji)(ji)信件,運(yun)(yun)送藥(yao)品(pin),運(yun)(yun)送試驗樣品(pin)及(ji)(ji)試驗結(jie)果,在醫院內(nei)部送郵件及(ji)(ji)包裹(guo)。
該機器人由行(xing)走(zou)部分、行(xing)駛控制器及大量的(de)傳感(gan)器組成。機器人可以在醫院中自由行(xing)動,其速(su)度為(wei)0.7米/秒左右。機器(qi)(qi)人(ren)(ren)中(zhong)裝有(you)醫院的建筑物地圖,在(zai)確定(ding)目的地后機器(qi)(qi)人(ren)(ren)利(li)用航(hang)線推算法自主地沿走廊導航(hang),由結(jie)構光(guang)視覺傳(chuan)感器(qi)(qi)及全(quan)方位超聲波傳(chuan)感器(qi)(qi)可(ke)(ke)以(yi)探測靜止或(huo)運動物體,并對(dui)航(hang)線進(jin)(jin)行修正(zheng)。它(ta)(ta)(ta)的全(quan)方位觸覺傳(chuan)感器(qi)(qi)保證機器(qi)(qi)人(ren)(ren)不(bu)會與人(ren)(ren)和物相碰。車輪上的編碼器(qi)(qi)測量(liang)它(ta)(ta)(ta)行駛過的距(ju)離。在(zai)走廊中(zhong),機器(qi)(qi)人(ren)(ren)利(li)用墻角(jiao)確定(ding)自己(ji)的位置,而在(zai)病(bing)房等較大的空(kong)間時(shi),它(ta)(ta)(ta)可(ke)(ke)利(li)用天花板上的反(fan)射帶,通(tong)過向上觀察的傳(chuan)感器(qi)(qi)幫助定(ding)位。需(xu)要時(shi)它(ta)(ta)(ta)還可(ke)(ke)以(yi)開門(men)。在(zai)多層(ceng)建筑物中(zhong),它(ta)(ta)(ta)可(ke)(ke)以(yi)給載人(ren)(ren)電梯打電話,并進(jin)(jin)入(ru)電梯到所要到的樓層(ceng)。緊急情況下(xia),例如某一外科醫生及其病(bing)人(ren)(ren)使用電梯時(shi),機器(qi)(qi)人(ren)(ren)可(ke)(ke)以(yi)停下(xia)來,讓開路,2分鐘后(hou)它(ta)重新啟動繼(ji)續前(qian)進。通過“護士助手”上的菜單(dan)可以選擇多(duo)個目的地,機器人(ren)有較(jiao)大的熒(ying)光屏及用(yong)(yong)戶友(you)好的音響裝(zhuang)置,用(yong)(yong)戶使用(yong)(yong)起來迅捷方便。
2、腦外科機器人輔助系統
腦外科機器人輔助系(xi)統是(shi)由北京航空航天(tian)大學(xue)(xue)、清華大學(xue)(xue)和海(hai)軍總院(yuan)共同研制開發的(de)。1997年5月用該機器人為病(bing)人實施了首例開顱手術,到2000年(nian)11月已為140多位病人實施了這種(zhong)手術。
此系統能(neng)夠使(shi)(shi)病人(ren)拋(pao)掉大框架,也(ye)能(neng)夠幫助病人(ren)定位,并為醫生提(ti)供手術(shu)平(ping)臺(tai)。醫生通(tong)過(guo)手術(shu)臺(tai)旁邊的(de)計算(suan)機屏幕,就可以為手術(shu)確定病灶點,未(wei)使(shi)(shi)用改系統至少要(yao)用半(ban)天時(shi)間才能(neng)完成(cheng)的(de)手術(shu),使(shi)(shi)用系統后(hou)只要(yao)30分鐘就可完成。
3、口腔修復機器人
這(zhe)是一個由計算機和機器人(ren)輔(fu)助(zhu)設(she)計、制作全(quan)口(kou)(kou)義齒(chi)人(ren)工(gong)牙列(lie)的(de)(de)應用(yong)試驗系統(tong)。該系統(tong)利(li)用(yong)圖(tu)像、圖(tu)形技術來(lai)獲(huo)取生成無牙頜患者(zhe)的(de)(de)口(kou)(kou)腔軟硬(ying)組織計算機模型,利(li)用(yong)自行研制的(de)(de)非(fei)接觸式三維激光掃(sao)描(miao)測量系統(tong)來(lai)獲(huo)取患者(zhe)無牙頜骨(gu)形態的(de)(de)幾何參數,采用(yong)專家系統(tong)軟件完成全(quan)口(kou)(kou)義齒(chi)人(ren)工(gong)牙列(lie)的(de)(de)計算機輔(fu)助(zhu)統(tong)計。另外(wai),發明和制作了單顆塑料(liao)人(ren)工(gong)牙與最終要完成的(de)(de)人(ren)工(gong)牙列(lie)之間的(de)(de)過渡(du)轉換裝置--可調節排牙器(qi)。
基于(yu)機(ji)(ji)器人(ren)可以實現排(pai)牙的任意位(wei)置(zhi)和(he)姿態控制(zhi)(zhi)。利(li)用口腔(qiang)(qiang)修復機(ji)(ji)器人(ren)相當(dang)于(yu)快速培養和(he)造(zao)就了一批高級(ji)口腔(qiang)(qiang)修復醫療(liao)專家和(he)技(ji)術員。利(li)用機(ji)(ji)器人(ren)來代替手工排(pai)牙,不但(dan)比(bi)口腔(qiang)(qiang)醫療(liao)專家更精確(que)地以數字的方式操作(zuo)(zuo),同時還能(neng)避免專家因疲勞(lao)、情緒、疏忽等原因造(zao)成的失誤。這將使全口義齒的設計與制(zhi)(zhi)作(zuo)(zuo)進入到既能(neng)滿足(zu)無(wu)牙頜患者(zhe)個體生理功(gong)能(neng)及(ji)美觀需求(qiu),又能(neng)達到規范化、標準(zhun)化、自動(dong)化、工業化的水平(ping),從而(er)大大提高其制(zhi)(zhi)作(zuo)(zuo)效率和(he)質量。
4、進入血管機器人
進入血管機器人像潛水艇一樣在血液的河(he)流中(zhong)自(zi)由自(zi)在地(di)游動著。一旦(dan)遇到血管中(zhong)淤積(ji)或(huo)飄浮的膽固醇、脂(zhi)肪,它們就毫不留情地(di)撲上去,迅速將(jiang)其(qi)撕爛(lan)嚼碎。同兇(xiong)惡的病毒相遇時,它們也(ye)毫不畏懼(ju),挺身而出(chu)。
1988年5月27日,美(mei)國加利弗尼(ni)亞大(da)學的兩位華裔研(yan)制出(chu)了(le)只有(you)76微米(mi)(3‰英寸)的微馬達。
1991年11月,日(ri)本電(dian)子(zi)公司的(de)(de)科研人員在(zai)當時最先(xian)進(jin)的(de)(de)“電(dian)子(zi)隧道(dao)掃描顯微(wei)鏡(jing)”下,用“超(chao)微(wei)針尖”,將硅原子(zi)排(pai)成(cheng)金字塔(ta)形的(de)(de)“凹(ao)棱(leng)錐體”,它只有36個原(yuan)(yuan)子(zi)那樣(yang)高(gao),這是(shi)人類首(shou)次用手工排列(lie)原(yuan)(yuan)子(zi),在世(shi)界(jie)原(yuan)(yuan)子(zi)物理界(jie)引起轟動。
1996年7月,美國哈佛大(da)學研制(zhi)成(cheng)功了直徑只有7微米的渦輪機。一張郵票上可以放(fang)置幾千個這種渦輪機。只(zhi)有在超高(gao)倍顯(xian)微鏡下才能看清(qing)楚它的外形和結構。我(wo)國也已研制(zhi)出(chu)了1毫米(mi)電(dian)機。
5、智能輪椅機器人
隨著社會的(de)(de)發展和(he)人(ren)(ren)(ren)類文明程度的(de)(de)提高,人(ren)(ren)(ren)們特別是殘疾人(ren)(ren)(ren)愈(yu)來愈(yu)需要(yao)運用現代高新技術來改善他們的(de)(de)生活(huo)質量和(he)生活(huo)自(zi)由度。因為各種(zhong)交通事故、天(tian)災(zai)人(ren)(ren)(ren)禍和(he)種(zhong)種(zhong)疾病,每(mei)年均有(you)成千上萬的(de)(de)人(ren)(ren)(ren)喪失一種(zhong)或多種(zhong)能力(如(ru)行走(zou)(zou)、動手(shou)能力等(deng))。因此,對用于幫助殘障人(ren)(ren)(ren)行走(zou)(zou)的(de)(de)機器(qi)人(ren)(ren)(ren)輪椅(yi)的(de)(de)研(yan)究(jiu)已逐漸成為熱點(dian),如(ru)西班牙、意大利等(deng)國,中國科(ke)學(xue)院(yuan)自(zi)動化研(yan)究(jiu)所(suo)也(ye)成功(gong)研(yan)制(zhi)了一種(zhong)具(ju)有(you)視覺(jue)和(he)口令導(dao)航功(gong)能并能與人(ren)(ren)(ren)進行語音交互(hu)的(de)(de)機器(qi)人(ren)(ren)(ren)輪椅(yi)。
機(ji)器(qi)(qi)人輪椅(yi)主要有口令識別與語(yu)音(yin)合(he)成、機(ji)器(qi)(qi)人自定(ding)位、動態隨(sui)機(ji)避障(zhang)、多傳感(gan)器(qi)(qi)信息融(rong)合(he)、實時自適應導航控制等功能(neng)。
機(ji)器人輪(lun)椅(yi)關鍵技術是(shi)安(an)全導(dao)航問題,采(cai)用(yong)的(de)(de)基本(ben)方法(fa)是(shi)靠超聲波(bo)和(he)(he)紅外測距,個別(bie)(bie)也(ye)采(cai)用(yong)了口令控制(zhi)。超聲波(bo)和(he)(he)紅外導(dao)航的(de)(de)主(zhu)要(yao)不(bu)(bu)足在于(yu)可控測范圍有限,視覺(jue)導(dao)航可以(yi)克(ke)服這(zhe)方面的(de)(de)不(bu)(bu)足。在機(ji)器人輪(lun)椅(yi)中,輪(lun)椅(yi)的(de)(de)使用(yong)者應是(shi)整個系統的(de)(de)中心和(he)(he)積極的(de)(de)組(zu)成部分。對使用(yong)者來(lai)說,機(ji)器人輪(lun)椅(yi)應具有與(yu)人交互的(de)(de)功能。這(zhe)種交互功能可以(yi)很直觀地通(tong)過人機(ji)語音(yin)對話來(lai)實現。盡管個別(bie)(bie)現有的(de)(de)移動輪(lun)椅(yi)可用(yong)簡單(dan)的(de)(de)口令來(lai)控制(zhi),但真正具有交互功能的(de)(de)移動機(ji)器人和(he)(he)輪(lun)椅(yi)尚不(bu)(bu)多見(jian)。
6、爬纜索機器人
爬纜索機器(qi)人(ren)是上海(hai)交通(tong)大學機器(qi)人(ren)研究所于1997年與上海黃浦江大(da)橋工(gong)程建設處合作研制的。
該機(ji)器(qi)人(ren)(ren)系(xi)統由兩部分(fen)組成,一(yi)部分(fen)是(shi)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)本(ben)體(ti),一(yi)部分(fen)是(shi)機(ji)器(qi)人(ren)(ren)小車。機(ji)器(qi)人(ren)(ren)本(ben)體(ti)可以(yi)沿各種傾(qing)斜(xie)度的纜(lan)索爬(pa)升(sheng),在高空纜(lan)索上自動完成檢查、打磨、清洗、去靜(jing)電、底(di)涂和面涂及一(yi)系(xi)列的維護工作。機(ji)器(qi)人(ren)(ren)本(ben)體(ti)上裝有CCD攝像(xiang)機,可隨(sui)時監(jian)視工作情況。另一部分地面小車,用于安(an)裝機器(qi)人(ren)本(ben)體并(bing)向(xiang)機器(qi)人(ren)本(ben)體供應水、涂料(liao),同時監(jian)控(kong)機器(qi)人(ren)的高(gao)空工作情況。
7、戶外清洗機器人
玻璃頂棚(約3000平米)清洗機器人是(shi)北京(jing)航空航天大學機器人研究所(suo)發揮(hui)其技(ji)術(shu)優勢與鐵道(dao)部北京(jing)鐵路局(ju)科研所(suo)為北京(jing)西客站合作開(kai)發的(de)。
該機(ji)器人(ren)由機(ji)器人(ren)本體和地(di)面支援機(ji)器人(ren)小車兩(liang)大部分組成。機(ji)器人(ren)本體是沿著玻璃壁面爬行(xing)并完成擦洗動作的主體,重25公斤,它(ta)可(ke)以根據實際環境情況靈活自如地(di)行走和擦洗,而且具(ju)有很高的可(ke)靠性。地(di)面(mian)支援小車(che)屬于配(pei)套(tao)設備(bei),在(zai)機(ji)器人(ren)(ren)工作(zuo)時,負責為機(ji)器人(ren)(ren)供電(dian)、供氣、供水及回收污水,它(ta)與(yu)機(ji)器人(ren)(ren)之間通過(guo)管路連接。
目前我國從事大樓清洗機器人研究的還有哈爾濱工業大學和上海大學等,他們也都有了(le)自己的(de)產品。
大樓清洗(xi)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)是以爬壁(bi)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)為基礎開發出來的(de),它(ta)只(zhi)是爬壁(bi)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)的(de)用(yong)途之(zhi)一。爬壁(bi)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)有負(fu)壓(ya)吸附和磁(ci)吸附兩種(zhong)吸附方(fang)(fang)式,大樓擦窗(chuang)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)采用(yong)的(de)是負(fu)壓(ya)吸附方(fang)(fang)式。磁(ci)吸附爬壁(bi)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)也已(yi)在(zai)(zai)我(wo)國問世,并已(yi)在(zai)(zai)大慶油田得到了應用(yong)。
8、消防機器人
面(mian)對無情的(de)火(huo)災(zai),公安部(bu)上海(hai)消(xiao)防(fang)研究所、上海(hai)交通(tong)大學、上海(hai)市消(xiao)防(fang)局(ju)共同制定了研制消(xiao)防(fang)機(ji)器人的(de)計劃。經過(guo)3年的研(yan)究,我國第一臺消防(fang)機器人(ren)已經誕生。消防(fang)機器人(ren)可(ke)以(yi)行(xing)(xing)走、爬(pa)坡、跨障(zhang)、噴射滅火(huo),可(ke)以(yi)進行(xing)(xing)火(huo)場偵察。
不(bu)僅在(zai)我國,在(zai)世界上消防工作也是一個(ge)大(da)難題,各國政府(fu)都千方百計地將火(huo)災(zai)的損失降到最低點。
1984年11月(yue),在日本(ben)東京的一(yi)(yi)個電纜隧道內發生了一(yi)(yi)起火災(zai),消(xiao)防隊員不得不在濃煙和高溫的危險環境下(xia)在隧道內滅火。這次(ci)火災(zai)之后(hou),東京消(xiao)防部(bu)開始對能在惡劣條件下(xia)工作的消(xiao)防機器(qi)人進行(xing)研究,目前已有(you)五種用途(tu)的消(xiao)防機器(qi)人投(tou)入(ru)使用。
9、遙控消防機器人
1986年第(di)一(yi)次使用了(le)這種機器人(ren)。當消防(fang)人(ren)員難于接近火災現場(chang)滅火時,或有(you)爆炸(zha)危險(xian)時,便可使用這種機器人(ren)。這種機器人(ren)裝(zhuang)有(you)履帶,最大行駛速(su)度可達10公里/小時,每分鐘能噴(pen)出5噸水(shui)或3噸泡沫。
10、噴射滅火機器人
這種機器人于1989年(nian)研制成功(gong),屬于(yu)遙控消(xiao)防機器(qi)人的(de)一種,用于(yu)在狹窄的(de)通道和地下區(qu)域進行滅火。機器(qi)人高(gao)45厘米,寬74厘米(mi),長120厘米(mi)。它由噴(pen)氣式發(fa)動機(ji)或普通發(fa)動機(ji)驅(qu)動行駛。當機(ji)器人到達火災現場時,為了撲滅(mie)火焰,噴(pen)嘴(zui)將水(shui)流轉(zhuan)變成高壓水(shui)霧噴(pen)向火焰。
11、消防偵察機器人
消防偵察機器人誕生于(yu)1991年,用于收集火災現場周圍的各種信息,并在(zai)有(you)濃(nong)煙或有(you)毒氣體的情況下,支援消防人員(yuan)。機(ji)器人有(you)4條履帶,一只操作臂(bei)和9種(zhong)采(cai)集數據用的采(cai)集裝置,包括攝像(xiang)機、熱分布指(zhi)示器(qi)和氣體濃度(du)測量儀。
12、攀登營救機器人
攀登(deng)營救機器人于1993年第一次使用。當高層建筑(zhu)物的上層突(tu)然(ran)發生火災時,機器人能(neng)夠攀登建筑(zhu)物的外(wai)墻壁(bi)去調查火情(qing),并進行營救和(he)滅火工作。該機器人能(neng)沿著從建筑(zhu)物頂部放下來的鋼絲繩自己用絞車向(xiang)上提升,然(ran)后它可以(yi)利用負(fu)壓吸盤在建筑(zhu)物上自由移動(dong)。這種機器人可以(yi)爬(pa)70米高(gao)的建筑物。
13、救護機器人
救護(hu)機器人于1994年第一次投入使用。這種機(ji)器人能夠將受傷人員(yuan)轉移到安全地帶。機(ji)器人長4米(mi),寬1.74米,高1.89米,重3860公斤。它裝有橡膠履(lv)帶,最高(gao)速度(du)為4公(gong)里/小(xiao)時(shi)。它(ta)不僅有(you)(you)信息收(shou)集裝(zhuang)置,如電視攝(she)像機、易燃氣體檢測(ce)儀、超聲波探(tan)測(ce)器等;還有(you)(you)2只(zhi)機械手,最大抓力為90公斤。機械(xie)手可(ke)將受傷人員舉起送到(dao)救(jiu)護平臺上,在那里可(ke)以為他(ta)們提供新鮮空氣。
2000年11月,奧地(di)利(li)雪(xue)山(shan)纜車在隧道中發生(sheng)火災,死亡(wang)160余人。由于隧(sui)道中(zhong)黑暗、陰冷、濃煙密(mi)布,滅火和清理現場工作十分艱(jian)難(nan)。這再次(ci)說明了特種消(xiao)防設(she)備的(de)重要(yao)。
二、服務機器人市場分析
1、市場正處在爆發前夜
服(fu)務機器人市場規模快速增長。根據易(yi)觀(guan)智庫的預測(ce),2015年(nian)中國服(fu)務機器人市場規模大約(yue)在82億元(yuan)左右(you),2016年(nian)將(jiang)增長至140億元(yuan)左右(you),而2017年(nian)市場規模將(jiang)突破200億元(yuan)。
服務(wu)機器(qi)人(ren)市場(chang)規(gui)模可(ke)超過(guo)(guo)工業機器(qi)人(ren)。我們認為服務(wu)機器(qi)人(ren)市場(chang)將迎來長(chang)期的增長(chang),未來市場(chang)規(gui)模可(ke)超過(guo)(guo)工業機器(qi)人(ren),理由如下:
(1)物(wu)聯網、大數據、人機交互等技術的突破(po)為服務機器人市場(chang)的爆發提(ti)供了條件。
(2)80后和90后人(ren)群的(de)(de)消費觀(guan)念轉變,而且對家務(wu)勞(lao)動的(de)(de)時間(jian)投入不足,隨著(zhu)收入的(de)(de)逐年提(ti)高,年輕人(ren)對服務(wu)機器人(ren)的(de)(de)需求增大。
(3)人工智能技(ji)術的不斷進(jin)步(bu)將增強服務機器人的交互能力,技(ji)術進(jin)步(bu)可能帶來更多(duo)的更新換代(dai)需(xu)求。
2、四大行業趨勢
趨勢一:人工智能與服務機器人的聯系日趨緊密
相對(dui)于(yu)工(gong)(gong)業機(ji)(ji)(ji)器人(ren),服務機(ji)(ji)(ji)器人(ren)更加(jia)重視(shi)人(ren)機(ji)(ji)(ji)交互體驗,用戶和機(ji)(ji)(ji)器人(ren)之(zhi)間的(de)互動(dong)頻繁(fan),而且對(dui)機(ji)(ji)(ji)器人(ren)反饋速度的(de)要求也(ye)較高,這對(dui)包括深度學習(xi)、自然語言處(chu)理、視(shi)覺感知、云計算等(deng)在內的(de)人(ren)工(gong)(gong)智(zhi)能技術的(de)要求極高。我們(men)認為,從長期來看,人(ren)工(gong)(gong)智(zhi)能是服務機(ji)(ji)(ji)器人(ren)的(de)核心,服務機(ji)(ji)(ji)器人(ren)市場的(de)邊界要靠人(ren)工(gong)(gong)智(zhi)能技術去打破(po)。
趨勢二:家庭服務等領域首先爆發
(1)在家庭服務方面,服務機器人不單可以提供諸如掃地等清潔服務,還可以作為智能家居的重要(yao)接(jie)口,通過數據(ju)分析后為用戶推送服務。
(2)在醫(yi)療(liao)(liao)應(ying)用方面,醫(yi)療(liao)(liao)機器人可以實現微創(chuang)手術、康復治(zhi)療(liao)(liao)等作用。
(3)此(ci)外,服務機器(qi)人(ren)(ren)還(huan)應用于教育、物流、金融等領域,比如小i機器(qi)人(ren)(ren)與交(jiao)行(xing)合作推出的交(jiao)行(xing)“小e”就是一款可以接受銀行(xing)業務辦理的機器(qi)人(ren)(ren)。
相對(dui)來(lai)講,家庭服(fu)務和醫療(liao)保健對(dui)服(fu)務機(ji)器(qi)人的智(zhi)能化要求不高,目前的人工智(zhi)能水平已(yi)經可以(yi)勝任這(zhe)些工作(zuo),而教育、金融等領域的人機(ji)交互十分頻繁且信(xin)息(xi)量大。
趨勢三:服務機器人有望成為重要的數據入口
目前來看,服務機器人的應用場景比較單一,僅在家庭清潔等領域實現了產業化應用,但是從長期來看,服務機器人有望替代手機成為下一代智能終端,其應用場景將會比手機更加多元化。所以,從中短期來看,家庭服務機器人有可能成為智能家居的入口,而從長期來看,隨著應用場景的多元化,服務機器人有望成為繼手機之后的下一個重要的數據入口。
趨勢四:長期來看,行業經驗豐富且技術過硬的企業將脫穎而出
目(mu)前,已經(jing)有大(da)量的企業涌入服務(wu)機器(qi)人行業。總體來(lai)講,當前服務(wu)機器(qi)人市(shi)場上比較出色的企業包括:
(1)互聯網巨(ju)頭,如谷歌、微軟(ruan)、IBM、百(bai)度等(deng),這(zhe)類企業擁有(you)強大的(de)技術(shu)背景,大多直接切入人工智能(neng)層面(mian);
(2)專注于特定應用場(chang)景的企業,比如(ru),包括美的、海爾、科沃斯等在內的企業相繼布局家庭服(fu)(fu)務(wu)機器人(ren)領域(yu),達(da)芬(fen)奇等則專攻醫療(liao)機器人(ren)領域(yu),而小i機器人(ren)則專注于虛(xu)擬客(ke)(ke)服(fu)(fu)助(zhu)手領域(yu),為B端客(ke)(ke)戶提供客(ke)(ke)服(fu)(fu)技術(shu)和服(fu)(fu)務(wu)。
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