CN113506850B - 一种具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，该忆阻器的介电层材质为可光调控的介电材料；在光信号刺激下，忆阻器的电阻态呈现非单调变化。本发明利用忆阻器对光强大小具有电学响应性，通过光照产生的瞬态焦耳热对CF的几何形状的改变实现忆阻器电阻态的动态调控，从而识别出运动光源的远近，并对即将发生的碰撞行为进行预测，有效的将光学信号的感知和处理整合在单一忆阻器中，解决由于现有移动机器人的计算体系复杂引起的一系列问题。此外，本发明基于忆阻器焦耳热效应构建的碰撞预测方法同时具有成本低、稳定性高、操作简单等优点，因此具有良好的应用前景，能广泛应用于移动机器人系统的智能碰撞预测。
Description
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用。
背景技术
随着机器人技术的飞速发展，机器人正在从传统的工业领域，逐渐走向更为广泛的应用场景，如：家庭及公共服务、仓储物流、空间及军事应用等等。在涉及移动机器人在复杂地形上的运动任务中，自动驾驶是一个关键的发展领域。随着移动机器人系统的复杂性，对计算能力的要求也越来越高。当前移动机器人大多基于复杂数学算法的通用智能系统来预测碰撞。然而涉及的算法需要迭代解，使它们的计算范围广泛，因此能量和面积效率低下，限制了移动机器人系统功能更多、自由度更高的发展。
受神经生物学中动物逃脱捕食者/捕捉猎物的高效节能的碰撞预测方法的启发，当物体以直线碰撞的方式接近时，动物的运动敏感神经元会发出信号，而这种信号的频率在潜在碰撞发生前达到峰值。这也给动物提供了足够的时间来计算通过必要的动作成功逃脱/攻击的速度和方向。动物以非常低的能量成本在几毫秒内计算出复杂的碰撞动力学，从而为特定任务的视觉信息处理，进行碰撞预测提供了理想的模型系统。目前昆虫启发的视觉硬件已经有几个非常大规模集成(very-large-scale-integration,VLSI)的实现。其中基于Hassenstein-Reichardt模型(Kybernetik 13,223–227(1973))利用光感受器阵列中的邻近器件延迟反应之间的相关性来进行物体运动和碰撞检测(Auton.Robots 7,211–224(1999))。而另一种基于霍里奇模板模型(Curr.Sci.60,686–693(1991))则是通过设计一个能够产生预处理感觉信息并直接发送给机器人控制系统的系统。这两种模型的VLSI实现均使用互补金属氧化物半导体(complementary metal–oxide–semiconductor,CMOS)技术，包括光电探测器、对数压缩亚阈值电路、时间微分器和阈值器件。虽然电路的阈值操作减少了功率预算，但占用的空间为几平方毫米的量级。消除这一瓶颈的一种方法是构建紧凑的、特定任务的碰撞预测硬件，将视觉信号的感知和处理整合，减少传输带宽和随后的计算阶段，从而有利于进一步提高具有感知和驱动的移动机器人系统的性能。
忆阻器因其结构简单、读写速度快、易集成等优点而受到越来越多的关注，被认为是下一代存储器的优良候选者。忆阻器的存储机理是通过外界激励使得中间介电层展现出不同的电阻状态来实现信息的存储。其典型的电阻变化机制是基于局部缺陷浓度变化而形成或断裂具有相对高导电性的一个或多个导电细丝(conductive filaments，CF)。通过施加在忆阻器器件上各种刺激(包括电压、光照、温度等)，在器件的电学测试中形成瞬态焦耳热影响器件中CF的几何形状。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，具有非单调变化电阻态的忆阻器对光强大小具有电学响应性，通过光照产生的瞬态焦耳热对CF的几何形状的改变实现忆阻器电阻态的动态调控，从而成功识别出运动光源的远近，并对即将发生的碰撞行为进行预测，有效的将光学信号的感知和处理整合在单一忆阻器中，从而解决现有移动机器人的计算体系过于复杂引起的效率低下、感知和计算系统的分离造成的体积庞大、智能化的自由度不足等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，所述忆阻器的介电层材质为可光调控的介电材料；在光信号刺激下，所述忆阻器的电阻态呈现非单调变化。优选的，所述可光调控的介电材料为含有钙钛矿量子点的异质结材料、钙钛矿量子点、ZnO、TiO2、ZnS、CdS中的一种。
作为优选的技术方案，所述含有钙钛矿量子点的异质结材料包括钙钛矿量子点和二维纳米材料，其制备方法如下：配置二维纳米材料分散液；配置钙钛矿量子点分散液；将二维纳米材料分散液和钙钛矿量子点分散液混合后进行超声处理，通过超声诱导钙钛矿量子点在二维纳米材料上自组装，从而制备得到含有自组装异质结材料的分散液；最后将含有自组装异质结材料的分散液旋涂在基底上，经过烘干即制得。进一步优选的，所述二维纳米材料为MoSe2、TaS2、石墨烯、黑磷纳米片、MoS2、Mxene中的至少一种；所述钙钛矿量子点为CsPbI3、CsPbCl3、CsPbBr3、CdSe、CdS、InP、SnS2中的至少一种。
作为优选的技术方案，所述忆阻器为垂直结构，包括自下而上依次设置的基底、底部电极、介电层和顶部电极；所述底部电极和顶部电极由导电电极材料制备而成。进一步优选的，所述基底为表面负载有SiO2的硅片(SiO2/Si基片)、纸、玻璃片、聚酰亚胺(polyimide,PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET)中的一种；所述导电电极材料为金属(金、银、铝、铂、镁等)、氧化铟锡(indium-tin-oxide,ITO)、掺氟氧化锡(fluorine-doped tin oxide,FTO)或铝掺杂氧化锌(aluminum doped ZnO,AZO)等。
作为优选的技术方案，所述忆阻器为水平结构，包括位于底部的基底，所述基底的顶部设有一对水平电极和介电层。进一步优选的，所述基底为为表面负载有SiO2的硅片(SiO2/Si基片)、纸、玻璃片、聚酰亚胺(polyimide,PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate,PET)中的一种；所述水平电极由导电电极材料制备而成，所述导电电极材料为金属(金、银、铝、铂、镁等)、金属合金(Cr与Cu合金、Cr与Au合金、Cr与Ag合金等)、氧化铟锡(indium-tin-oxide,ITO)、掺氟氧化锡(fluorine-doped tin oxide,FTO)或铝掺杂氧化锌(aluminum doped ZnO,AZO)等。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，利用忆阻器对光强大小具有电学响应性，通过光照产生的瞬态焦耳热对CF的几何形状的改变实现忆阻器电阻态的动态调控，从而成功识别出运动光源的远近，并对即将发生的碰撞行为进行预测，有效的将光学信号的感知和处理整合在单一忆阻器中，从而解决现有移动机器人的计算体系过于复杂引起的效率低下、感知和计算系统的分离造成的体积庞大、智能化的自由度不足等问题。此外，本发明基于忆阻器焦耳热效应构建的碰撞预测方法同时具有成本低、稳定性高、操作简单等优点，因此具有良好的应用前景，能广泛应用于移动机器人系统的智能碰撞预测。
附图说明
图1为实施例1制得的垂直结构的忆阻器的结构示意图；
图2为实施例3制得的水平结构的忆阻器的结构示意图；
图3为向观察点进行直线运动的物体的运动碰撞示意图；
图4为生物神经元的峰放电频率与运动物体碰撞时间的曲线示意图；
图5为焦耳热效应对忆阻器中导电细丝的形成和断裂影响的原理示意图；
图6为忆阻器进行碰撞模拟实验时电流的非单调性变化趋势图；
图7为不同运动速度的光信号进行碰撞模拟实验时忆阻器的电流峰值出现的位置变化图；
附图标记：1-基底，2-底部电极，3-介电层，4-顶部电极，5-水平电极。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下列实施例中所用的原料和试剂均为市售产品，市购可得。
实施例1
一种具有非单调变化电阻态的忆阻器的制备方法，该忆阻器为垂直结构，结构示意图如图1所示，包括自下而上依次设置的基底1、底部电极2、介电层3和顶部电极4；本实施例中基底1为玻璃片，底部电极2为Ag，介电层3是以CsPbBr3和少层黑磷纳米片(FLBP)为原料制备得到的含有钙钛矿量子点的异质结材料，顶部电极4为ITO；将本实施例制得的忆阻器记为ITO/(CsPbBr3/FLBP)/Ag/玻璃基底，制备步骤如下：
步骤一(清洗)：将玻璃片放入烧杯，加入几滴Decon清洗剂和适量超纯水，超声烧杯10分钟。取出烧杯重新加超纯水冲洗至无泡沫，再加适量超纯水超声5分钟，重复2次。
步骤二(烘干)：将清洗完的玻璃片用N2枪吹干，放入真空干燥箱在120℃下烘干30min。
步骤三(UVO亲水化处理)：将玻璃片放入UVO清洁器中处理30min。
步骤四(蒸镀)：用定制图案化的掩膜版覆盖玻璃片以控制底部电极2形状，在玻璃片上蒸镀30nm厚的银金属底部电极。
步骤五(CsPbBr3/FLBP溶液制备)：先制备少层黑磷纳米片溶液样品，与钙钛矿量子点分散液进行混合后，通过超声诱导自组装合成CsPbBr3/FLBP异质结材料溶液。具体方法如下：
首先，采用液相剥离技术，实现FLBP纳米片的制备：在氩气手套箱中，向研钵中中加入2mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)和20mg大块BP晶体，研磨后得到混合物。将混合物加入到含有18mL NMP的玻璃杯中，然后置于700W的功率下超声处理3小时后，将溶液以300rpm的转速离心5分钟，取含有BP纳米片的上清液。再通过离心(数次)将NMP溶剂交换为甲苯溶剂，得到FLBP纳米片分散液。
其次，通过热注入法制备钙钛矿量子点分散液：在氮气手套箱中将1.072mmol碳酸铯与10ml十八烯、0.625ml油酸充分混合，加热至150℃至反应完全生成油酸铯溶液。再将0.188mmol溴化铅和5毫升十八烯充分混合后加热到120℃，依次注入0.5ml油胺和油酸，待完全混合溶解后加热到160℃，再注入100℃的0.4mL油酸铯。反应5秒后冰浴。使用乙醇使制备的钙钛矿CsPbBr3量子点沉淀，重新分散在甲苯溶液中，即得钙钛矿量子点CsPbBr3溶液。
最后，采用溶液自组装策略，将上述制备好的CsPbBr3量子点溶液加入到FLBP纳米片分散液中，然后在室温下通过超声浴对混合物进行超声处理，诱导CsPbBr3量子点在FLBP纳米片上自组装形成CsPbBr3/FLBP异质结材料，得到含有CsPbBr3/FLBP异质结材料的分散液。
步骤六(旋涂)：以含有CsPbBr3/FLBP异质结材料的分散液为原料，在底部电极上分别以1000、2000、3000转/s的速率旋涂30s以旋涂一层CsPbBr3/FLBP介电层薄膜。
步骤七(退火)：将上述旋涂完CsPbBr3/FLBP介电层薄膜的玻璃片放在烘干台上以80℃烘干2h，得到介电层。
步骤八(磁控溅射)：用定制图案化的掩膜版覆盖玻璃片以控制顶部电极形状，在介电层上磁控溅射制备30nm厚的ITO透明顶部电极，得到最终忆阻器。
实施例2
参考实施例1中的忆阻器制备方法，实施例2与实施例1的区别在于：实施例2制得的忆阻器中顶部电极为Ag，底部电极为ITO，即实施例2制得的忆阻器记为Ag/(CsPbBr3/FLBP)/ITO/玻璃基底。制备方法参考实施例1中的工艺，只需调换其中步骤四和步骤八即可。
实施例3
一种具有非单调变化电阻态的忆阻器的制备方法，该忆阻器为水平结构，结构示意图如图2所示，包括位于底部的基底1，所述基底1的顶部设有一对水平电极5和介电层3；所述介电层位于两个水平电极之间；本实施例中基底1为SiO2/Si基片，水平电极由Cr与Ag的合金组成(记为Cr/Ag)，介电层3与实施例1中的相同；将本实施例制得的忆阻器记为为(Cr/Ag)/(CsPbBr3/FLBP)/(Cr/Ag)，其制备步骤如下：
参考实施例1中的步骤一～步骤七，区别在于以下两点不同：(1)实施例2的步骤一中以SiO2/Si基片替代实施例1中含ITO电极的玻璃片；(2)步骤七中用定制图案化的掩膜版覆盖在介电层上以制备一对水平电极5，具体操作为：先在介电层上蒸镀沉积10nm厚的Cr金属层，然后在Cr金属层的表面蒸镀沉积60nm厚度的Ag金属层；其他步骤均与实施例1中的相同。需要说明的是水平电极5不局限于本实施例中列举的Cr/Ag合金，利用其他的金属材料(金、银、铝、镁等)制备的电极也属于本发明的保护范围。
本发明将具有非单调变化电阻态的忆阻器应用在碰撞预测中所依据的原理分析如下：
图3为向观察点进行直线运动的物体的运动碰撞示意图，面对直线运动靠近的物体，如图1所示，其中物体的长度为2L，物体与观察点之间的垂直距离为d。大小为2L的物体在距离d处，与观察点形成一个夹角θ。这里以蝗虫的小叶巨型运动探测器(lobula giantmovement detector,LGMD)神经元为例，LGMD神经元开始峰放电的速度(f(t))可以用目标物体的角速度θ′和夹角大小θ的拟合函数来表示。f(t)＝θ'exp(-αθ),α＝tan-1(2/θth),式中，t为时间，θth为LGMD峰放电频率达到峰值时运动目标与观察点形成的阈值角大小。图4为生物神经元的峰放电频率与运动物体碰撞时间的曲线示意图，当物体远离θ较小的位置时，θ'exp(-αθ)的减小速度慢于θ'的增加速度，导致f(t)的增加。当物体接近时，由于-αθ的指数依赖性，情况发生了逆转，因此当接近的物体在碰撞前达到一定的角度大小时，神经元的活动达到峰值。因此，由于碰撞前较早出现的放电峰，LGMD神经元能够有效地预测碰撞。
本发明使用的忆阻器中介电层材质为可光调控的介电材料，通过施加在忆阻器器件上的电压与光照刺激在忆阻器的电学测试中形成瞬态焦耳热。并且瞬态热效应会随着刺激的增强而变得越来越明显，从而影响忆阻器中CF的几何形状。通常情况下，忆阻器中已经形成的CF在发生瞬态温度峰值和CF最细窄的位置发生断裂。值得一提的是在忆阻器稳定低阻态建立之前的瞬态过程中，由于外界刺激引发的瞬态热效应也会使得CF发生断裂行为。当使用电脉冲刺激忆阻器时，当电脉冲间隔较长或电脉冲幅值较低时，前一个电脉冲产生的焦耳热可以部分消散。因此增加脉冲数以提高忆阻器内部温度可加速组成CF的离子的漂移和扩散。而在可光调控的忆阻器器件中，外加光辐照可以提高器件内部温度，调节CF的生长和断裂，其过程如图5所示。
以实施例1制得的忆阻器进行碰撞模拟实验，实验中相关参数如下：光照强度为2.5mW；忆阻器的读取电压为0.2V的电压脉冲，单个脉冲时间为50ms，脉冲间隔时间为50ms；其结果如图6所示，光信号刺激(这里用光信号代表直线运动的物体)与忆阻器之间的距离是1米，当出现的光信号刺激以速度为5cm/s靠近测的忆阻器器件时，器件接收到的光子数量增加，温度适度升高。从而加速了组成CF的离子漂移过程，诱发了CF形成，使得器件电导逐渐增加。而当直线接近的物体几乎处于碰撞距离时，由于器件介电层吸收更多的入射光子形成高的内部电场，相当大的焦耳热会引起CF破裂。因此，器件的电流达到峰值后会呈现出减小的非单调性变化趋势。其与蝗虫的LGMD神经元的工作原理几乎一致。
另外，同一个光信号以不同的运动速度向忆阻器器件靠近时，光信号的运动速度也会影响器件电流峰值出现的位置。图7为不同运动速度的光信号进行碰撞模拟实验时忆阻器的电流峰值出现的位置变化图，实验中相关参数如下：忆阻器的读取电压为0.2V的电压脉冲，单个脉冲时间为50ms，脉冲间隔时间为50ms；光信号刺激与忆阻器之间的距离是1米，出现的光信号刺激以最慢速度为5cm/s靠近忆阻器器件。从图中可看出器件在一系列不同激光运动速度下测量的电流值。在测量过程中，具有不同运动速率的激光可以用来表示具有不同运动速度的直线靠近的物体。显然，电流的响应对于所有的测量都是非单调的，输出电流中的拐点值，说明了器件可以应用于碰撞预测指示。
Claims (6)
1.一种具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，其特征在于：所述忆阻器的介电层材质为能够光调控的介电材料；在光信号刺激下，所述忆阻器的电阻态呈现非单调变化；所述介电材料为含有钙钛矿量子点和二维纳米材料的自组装异质结材料，所述自组装异质结材料通过超声诱导钙钛矿量子点在二维纳米材料上自组装而制备得到，所述钙钛矿量子点为CsPbI3、CsPbCl3、CsPbBr3中的至少一种，所述二维纳米材料为黑磷纳米片。
2.根据权利要求1所述的具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，其特征在于：所述含有钙钛矿量子点和二维纳米材料的自组装异质结材料，其制备方法如下：
配置二维纳米材料分散液；配置钙钛矿量子点分散液；将二维纳米材料分散液和钙钛矿量子点分散液混合后进行超声处理，通过超声诱导钙钛矿量子点在二维纳米材料上自组装，从而制备得到含有自组装异质结材料的分散液；最后将含有自组装异质结材料的分散液旋涂在基底上，经过烘干即制得。
3.根据权利要求1所述的具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，其特征在于：所述忆阻器为垂直结构，包括自下而上依次设置的基底、底部电极、介电层和顶部电极。
4.根据权利要求3所述的具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，其特征在于：所述基底为表面负载有SiO2的硅片、纸、玻璃片、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；所述底部电极和顶部电极由导电电极材料制备而成，所述导电电极材料为金属、氧化铟锡、掺氟氧化锡或铝掺杂氧化锌中的一种。
5.根据权利要求1所述的具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，其特征在于：所述忆阻器为水平结构，包括位于底部的基底，所述基底的顶部设有一对水平电极和介电层。
6.根据权利要求5所述的具有非单调变化电阻态的忆阻器在碰撞预测中的应用，其特征在于：所述基底为表面负载有SiO2的硅片、纸、玻璃片、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；所述水平电极由导电电极材料制备而成，所述导电电极材料为金属、金属合金、氧化铟锡、掺氟氧化锡或铝掺杂氧化锌中的一种。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005277041A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Sharp Corp | 非単調電流電圧特性機能体およびその製造方法 |
| US9019030B1 (en) * | 2014-09-18 | 2015-04-28 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Memristor-based emulator for use in digital modulation |
| KR20160118848A (ko) * | 2015-04-03 | 2016-10-12 | 포항공과대학교 산학협력단 | 저항변화메모리 및 저항변화메모리의 제조방법 |
| CN109148683A (zh) * | 2018-08-07 | 2019-01-04 | 北京航空航天大学 | 一种基于黑磷和黑磷氧化物的范德华异质结忆阻器 |
| CN110842915A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-02-28 | 南京大学 | 一种基于忆阻交叉阵列的机器人控制系统及方法 |
| KR20200073165A (ko) * | 2018-12-13 | 2020-06-23 | 서울대학교산학협력단 | 무연 무기-무기 할라이드 페로브스카이트 물질을 이용한 비휘발성 저항 변화 메모리 |
| CN111834525A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-27 | 华东理工大学 | 一种新型光电双响应阻变存储器件及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9324422B2 (en) * | 2011-04-18 | 2016-04-26 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Adaptive resistive device and methods thereof |
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| US11126403B2 (en) * | 2018-03-28 | 2021-09-21 | University Of Massachusetts | True random number generator (TRNG) circuit using a diffusive memristor |
| WO2020024221A1 (zh) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | 深圳市为通博科技有限责任公司 | 忆阻器电极材料的制备方法、制备装置和忆阻器电极材料 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005277041A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Sharp Corp | 非単調電流電圧特性機能体およびその製造方法 |
| US9019030B1 (en) * | 2014-09-18 | 2015-04-28 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Memristor-based emulator for use in digital modulation |
| KR20160118848A (ko) * | 2015-04-03 | 2016-10-12 | 포항공과대학교 산학협력단 | 저항변화메모리 및 저항변화메모리의 제조방법 |
| CN109148683A (zh) * | 2018-08-07 | 2019-01-04 | 北京航空航天大学 | 一种基于黑磷和黑磷氧化物的范德华异质结忆阻器 |
| KR20200073165A (ko) * | 2018-12-13 | 2020-06-23 | 서울대학교산학협력단 | 무연 무기-무기 할라이드 페로브스카이트 물질을 이용한 비휘발성 저항 변화 메모리 |
| CN110842915A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-02-28 | 南京大学 | 一种基于忆阻交叉阵列的机器人控制系统及方法 |
| CN111834525A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-27 | 华东理工大学 | 一种新型光电双响应阻变存储器件及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Semiconductor Quantum Dots for Memories and Neuromorphic Computing Systems;Ziyu Lv等;《Chemical Reviews》;第120卷(第9期);全文 * |
| 一种基于忆阻器的大测量范围新型曝光量传感器;文常保;姚世朋;朱玮;洪吉童;巨永锋;;传感技术学报(第07期);全文 * |
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