JP2011524153A - ポータブル・デバイスの耐用年数を延長するためのシステムおよび方法 - Google Patents

ポータブル・デバイスの耐用年数を延長するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 ポータブル・デバイスの耐用年数を延長するための方法を提供する。
【解決手段】 この方法は、ポータブル・デバイスのバッテリをモニターするステップと、問題バンクを識別するステップと、問題バッテリ・バンクを少なくとも1つのスペア・バンクと交換するために、バッテリに関する接続スキーマを再構成するステップと、問題バンクをコンディショニングまたはエクササイズするステップと、問題バンクを再充電するためにポータブル・デバイスを電源機構に接続するステップと、少なくとも1つのスペア・バンクなしの接続スキーマにより、再充電または修理したバンクを再接続するステップとを含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ラップトップ・コンピュータまたはバッテリベースのスマート・デバイスなどのポータブル・デバイスの耐用年数(service life)を延長するためのシステムおよび方法に関する。
バッテリのコストは、最新のラップトップのコストのかなりの部分(約10%)に相当する。バッテリ内の化学反応は電気エネルギーを発生する役割を担っているが、このような反応は充電および放電時にますます小さくなり、したがって、長期間の間、電荷を保持するためのバッテリの容量が低下する。バッテリの容量が著しく低下すると、かなりのコストでバッテリを交換しなければならない。したがって、消費者の観点からは、寿命の長いバッテリを製造することが望ましい。
ラップトップおよびその他のポータブル・デバイス用の現行のパワー・マネージメント・ソフトウェアには柔軟性がない。電力消費の最適化について統一された手法はまったく存在しない。むしろ、既存のパワー・マネージメント手法は細分化されており、そのデバイスの根本的な使用法にかかわらず、厳密にバッテリ付きのポータブル・デバイスを操作するために必要な全電力または全時間に関する最適化に集中している。ポータブル・デバイスの実際の動作およびポータブル・デバイスによって実行される作業に基づく統合された最適化が依然として必要である。
本発明の一態様により、ポータブル・デバイスの耐用年数を延長するための方法が提供される。ポータブル・デバイスのバッテリをモニターする。バッテリは少なくとも2つのバッテリ・バンク(battery bank)と少なくとも1つのスペア・バンク(spare bank)とを含む。問題バンク(problem bank)を識別する。問題バッテリ・バンクを少なくとも1つのスペア・バンクと交換するために、そのバッテリに関する接続スキーマを再構成する。問題バンクをコンディショニング(condition)またはエクササイズ(exercise)する。問題バンクを再充電するためにポータブル・デバイスを電源機構に接続する。少なくとも1つのスペア・バンクなしの接続スキーマにより、再充電または修理したバンクを再接続する。バッテリの全電荷を維持しながら、コンディショニング中にポータブル・デバイスの継続使用を行う。
本発明の他の態様では、ポータブル・デバイスの電力消費を再配分し最適化するための方法が提供される。ポータブル・デバイスのハードウェアまたはソフトウェアのうちの少なくとも1つの電力消費をモニターする。ポータブル・デバイスは少なくとも2つのバッテリ・バンクと少なくとも1つのスペア・バンクとを含むバッテリを含む。ハードウェアまたはソフトウェアのうちの少なくとも1つの電力消費を再配分するために、バッテリ・バンクの接続スキーマを再構成する。
本発明の他の態様により、少なくとも2つのバッテリ・バンクと少なくとも1つのスペア・バンクとを含むバッテリと、少なくとも2つのバッテリ・バンクの状況をモニターするためのセンサと、バッテリの接続スキーマを再構成するための接続コントローラとを含むポータブル・デバイスが提供される。
本発明の他の態様では、コンピュータ可読プログラムを有するコンピュータ使用可能媒体を含むコンピュータ・プログラム(computer program product)が提供される。コンピュータ上で実行されると、コンピュータ可読プログラムはポータブル・デバイスのハードウェアまたはソフトウェアのうちの少なくとも1つの電力消費をコンピュータにモニターさせ、ポータブル・デバイスは少なくとも2つのバッテリ・バンクと少なくとも1つのスペア・バンクとを含むバッテリを含み、ハードウェアまたはソフトウェアのうちの少なくとも1つの電力消費を再配分するために、バッテリ・バンクの接続スキーマをコンピュータに再構成させる。
本明細書で使用する「実質的に(substantially)」、「相対的に(relatively)」、「一般に(generally)」、「およそ(about)」、および「約(approximately)」は、このように修飾された特性からの許容しうる変動を示すための相対的修飾語である。これらは、それが修飾する絶対値または特性に限定されるものではなく、むしろ、このような物理的特性または機能的特性に近づくかまたはそれを概算するためのものである。
詳細な説明において、「1つの実施形態(one embodiment)」、「一実施形態(an embodiment)」、または「諸実施形態では(in embodiments)」と言及する場合、言及されている特徴が本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。その上、「1つの実施形態」、「一実施形態」、または「諸実施形態では」と個別に言及する場合、必ずしも同じ実施形態に言及しているわけではないが、そのように表明されていない限り、また当業者にとって容易に明らかになるものを除き、このような諸実施形態は互いに相容れないものではない。したがって、本発明は、本明細書に記載された諸実施形態の任意の様々な組み合わせまたは統合例あるいはその両方を含むことができる。
図面に関する以下の使用可能な説明を考慮すると、このシステムおよび方法は当業者にとって明白なものになるはずである。
本発明の一実施形態によりバッテリをモニターすることを示す図である。 本発明の一実施形態によりバッテリ・バンクのコンディショニングまたはエクササイズを可能にするためにバッテリの接続スキーマを再構成することを示す図である。 本発明の一実施形態によりポータブル・デバイスの耐用年数を延長するための方法の流れ図である。 異なるシステム・ブロック間の電力配分を示す円グラフである。 本発明の一実施形態により電力消費を再配分することによりポータブル・デバイスの耐用年数を延長するための方法の流れ図である。 本発明によるデバイスのブロック図である。 本発明の一実施形態による模範的なエージェントのブロック図である。
図1〜図7は、ラップトップ・コンピュータまたはノートブック・コンピュータ、あるいは携帯電話、MP3プレーヤ、TV、携帯情報端末(PDA)、およびツールなどのその他のバッテリベースのスマート・デバイスなどのポータブル・デバイスの耐用年数を延長するためのシステムおよび方法を示している。スマート・デバイスは、モニターおよび制御メカニズムに関するコンピュータ・チップ、モジュール、またはシステムを含む。
本発明の利点の1つは、バッテリが1回の充電でより長く機能できることである。このため、生産し後で破壊する必要のあるバッテリの数を削減することによってカーボン・フットプリントの削減が可能になる。諸実施形態では、本発明は、ポータブル・デバイスの実際の動作およびポータブル・デバイスによって実行される作業に基づく電力消費の統合された最適化も提供する。
ポータブル・デバイス用のバッテリは、典型的に、所望の出力電圧および電流容量を提供するために直列または並列あるいはその両方に接続された複数のセルまたはバンクを使用して構築される。諸実施形態では、バッテリ・バンクは充電可能である。本発明によれば、バッテリ・バンクは、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウム電池、または鉛蓄電池のうちの少なくとも1つを含むことができるが、これに限定されない。
本発明によれば、ポータブル・デバイスの耐用年数を延長するための方法は、ポータブル・デバイスのバッテリ、ハードウェア、またはソフトウェアのうちの少なくとも1つをモニターするステップと、そのバッテリに関する接続スキーマを再構成するステップとを含む。
図1に示されている通り、本発明によるバッテリ100は、少なくとも2つのバンクまたはセル105、たとえば、複数のバンク(たとえば、バンク1〜6)と、少なくとも1つのエクストラまたはスペア・バンク110と、抵抗および品質センサ120を使用してバッテリ・バンク105の状態を分析する接続コントローラ115とを含むことができる。諸実施形態では、接続コントローラ115は、必要なときに低出力バンクをエクストラまたはスペア・バンク110と交換するために、バッテリ・バンク105の接続スキーマを再構成する。
諸実施形態では、接続コントローラ115は、バッテリ・バンクとスペア・バンクの使用をローテーションするために、正規の所定のスケジュール(たとえば、定期的間隔)によりバッテリ・バンク105の接続スキーマを変更することができる。諸実施形態では、接続コントローラは、抵抗および品質センサ120によるバッテリの特定の基準のモニターに基づいて、たとえば、エネルギー密度、電荷、容量、または内部抵抗のうちの少なくとも1つの変化に関する少なくとも1つのバンクの状況のモニターに基づいて、接続スキーマを変更または再構成する。このようにして、接続コントローラ115は、バッテリ100全体の安定した電力出力を保証し、内部抵抗損失または容量損失などのバッテリ障害の一般的な原因を回避する。
本発明の一実施形態によれば、図2に示されている通り、問題が識別されると自動的にバッテリ・バンクをコンディショニングまたはエクササイズすることができる。図1のように、接続コントローラ115は、抵抗および品質センサ120を使用してバッテリ・バンクの状態をモニターする。コンディショニングまたはエクササイズは、最低電圧までバッテリ・バンクを放電し、次にそれを再充電することを含む。バンク105が実質的に新しいバンクと比較してそのエネルギー密度、電荷、容量、または内部抵抗のうちの少なくとも1つに関する問題を抱えている場合、コンディショニングが必要である可能性がある。
1つのバンク、たとえば、バンク6がコンディショニング/エクササイズする必要がある場合、接続コントローラ115は、問題バンク(バンク6)をエクストラまたはスペア・バンク110と交換するために、接続スキーマを再構成する。問題バンクは、制御方式で問題バンクの放電を可能にする放電/エクササイズ・コントローラ125に接続される(図2の太い線で示されている通り)。バッテリをコンディショニングするための既知の手順とは対照的に、本発明では、バッテリの全電荷を維持しながら、バッテリ・バンクのコンディショニング/エクササイズ中にポータブル・デバイスを使い続けることができる。
このバッテリを含むポータブル・デバイスが電源機構(たとえば、AC電源機構)に接続されると、放電されたバンク(バンク6)は自動的に再充電され、その機能は復元される。接続コントローラ115は、メイン・バッテリ接続スキーマにより、もう一度、再充電/修理されたバンク(バンク6)を再接続する。諸実施形態では、放電/エクササイズ・コントローラ125は、バッテリ・バンクの放電および再充電の速度を制御し、バンクをコンディショニング/エクササイズするためにバッテリ・バンクに対して電圧または電流の周期変動(cycling)を行うことができる。
諸実施形態では、バッテリ・バンクの電圧が低すぎて完全充電できない場合にウェイクアップ手順(wake up procedure)を使用することができる。本発明によれば、バンク105の接続スキーマは、軽放電シーケンス(mild discharge sequence)でバッテリ・バンクを放電し、続いて部分充電(partial charging)を行えるように変更することができる。諸実施形態では、異なるバッテリ・バンクに1つの放電シーケンスを適用することができる。このウェイクアップ手順は、抵抗および品質センサ120のリセットを可能にすることができる。ウェイクアップ手順は、バッテリ・バンクのコンディショニングまたはエクササイズのような完全放電ではない。
本発明のコンディショニング/エクササイズ方法は図3の流れ図に示されている。300で少なくとも1つのバッテリ・バンクの状況をモニターする。305で問題バッテリ・バンクを識別する。310で問題バンクを少なくとも1つのスペア・バンクと交換するためにバッテリ・バンクの接続スキーマを再構成する。315で問題バンクをエクササイズまたはコンディショニングする。320で少なくとも1つのスペア・バンクなしのメイン接続スキーマに再充電/修理したバンクを再接続するために接続スキーマを変更する。バッテリの全電荷を維持しながら、バッテリ・バンクのコンディショニング/エクササイズ中にポータブル・デバイスの継続使用を行うことができる。
図4は、ポータブル・デバイスの異なるブロック(たとえば、CPU、メモリ、入出力、スタンバイ、ハード・ディスク)間の電力消費を示す円グラフ400である。本発明の一実施形態によれば、バッテリ・バンクの接続スキーマは、ポータブル・デバイスのハードウェアまたはソフトウェアのうちの少なくとも1つの電力消費を再配分し最適化するために再構成または変更することができる。このような再構成は、ポータブル・デバイスの電力消費の削減だけでなく、電力消費の再配分および最適化も可能にすることができる。
ポータブル・デバイスのハードウェアまたはソフトウェアのうちの少なくとも1つの電力消費をモニターすることができる。ポータブル・デバイスのハードウェアの電力消費を最適化するために、接続コントローラは、ポータブル・デバイスの電力消費のレベルを動的に変更するようにバッテリ・バンクの接続スキーマを変更することができる。接続コントローラは、CPU、ハード・ディスク、メモリ・バス、輝度レベル、周辺装置、プリンタ、入出力装置、またはネットワーク・アダプタのうちの少なくとも1つの電力消費をモニターする。
必要であれば、接続コントローラは、必要なだけ電力消費を削減または再配分し、バッテリの寿命を延ばすために、電力消費のレベルに基づいてバッテリ・バンクを再構成する。たとえば、データベース・アプリケーションが相当な入出力使用を必要とする場合、より少ない電力をCPUに向けることができる。同様に、Webアプリケーションが相当なCPUを必要とする場合、より少ない電力を入出力用に使用することができる。したがって、接続スキーマは、少なくとも1つのバッテリ・バンクからのより少ない電力を使用するように再構成するか、あるいはポータブル・デバイスのハードウェアの電力要求に応じてスペア・バンクを使用することができる。
本発明によりポータブル・デバイスのソフトウェアの電力消費を最適化するために、接続コントローラは、たとえば、実行可能コードのコンパイルまたはスクリプト言語(たとえば、ジャバスクリプト、PHP)の実行をモニターして、ソフトウェア・アプリケーションのための電力消費またはエネルギー消費をモニターする。接続スキーマの再構成は、ソフトウェア・アプリケーションの実行時に行われ、それにより、電力消費のレベルのジャストインタイム(JIT:just-in-time)またはリアルタイムの動的変更が可能になる。したがって、たとえば、ソフトウェア・アプリケーションをより迅速に実行させることまたはスクリプトの実行を優先させることなど、種々のソフトウェア効果を達成することができる。
本発明によれば、ポータブル・デバイスは、図5に示されている通り、必要な電力消費のレベルに基づいて少なくとも1つのコンピューティング・リソース・プロファイルを有することができる。500でポータブル・デバイスのハードウェアまたはソフトウェアのうちの少なくとも1つの電力消費をモニターする。505でモニターに基づいてコンピューティング・リソース・プロファイルを選択することができる。510でバッテリ・バンクの接続スキーマを再構成する。これに応じて、515で電力消費を最適に再配分する。
諸実施形態では、コンピューティング・リソース・プロファイルを接続コントローラに保管することができる。少なくとも1つのコンピューティング・リソース・プロファイルは、ハードウェアまたはソフトウェアのうちの少なくとも1つが動作可能な様々な方法に基づいて、たとえば、ハード・ディスク・キャッシュをどのように行うか、メモリ・キャッシュをどのように行うか、特定のCPU動作をどのように実行するかなどに基づいて、定義することができる。コンピューティング・リソース・プロファイルは、ポータブル・デバイスの実際の使用、必要なレベルの電力消費、または選択された(ユーザ選択)レベルの電力消費にうちの少なくとも1つに基づくモデルを含む。諸実施形態では、ユーザはコンピューティング・リソース・プロファイルを選択することができる。
諸実施形態では、使用可能な電力レベルがしきい値より低くなると、接続コントローラは、より低い消費量のコンピューティング・リソース・プロファイルに切り替えるよう要求することができる。省電力コンピューティング・リソース・プロファイルへの自動的な切り替えは、大量の電力需要などのその他のイベントによってトリガすることもできる。
諸実施形態では、ソフトウェアの電力消費をモニターすることができ、ソフトウェア構成またはソフトウェア最適化モデルは、選択されたコンピューティング・リソース・プロファイルまたは選択されたレベルの電力消費のうちの少なくとも1つに基づいて変更することができる。
本発明によれば、コンピューティング・リソース・プロファイルに基づくバッテリ・バンクの再構成は、ポータブル・デバイスに適用可能であり、サーバがバックアップ・バッテリで機能する場合はサーバにも適用可能である。
図6は、本発明の例示的なデバイスを示すブロック図である。この例示的なシステムは、少なくとも1つの電子またはデジタル・デバイス600(たとえば、パーソナル・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、ノートブック・コンピュータ、携帯電話、携帯情報端末またはPDA、ゲーム装置、MP3プレーヤ、テレビ)を含む。このデバイスは、少なくとも2つのバッテリ・バンクおよび少なくとも1つのスペア・バンクを含むバッテリ605と、バッテリ・バンクの接続スキーマを再構成するためのエージェント610とを含む。この例示的なシステムは一例に過ぎず、当業者であれば、多くの他の変形例が存在する可能性があり、そのすべてが本発明によって企図されるものであることを認識するであろう。
図7は、バッテリ・バンクの接続スキーマを再構成するための接続コントローラ705、バンクの放電および再充電の速度を制御するための放電/エクササイズ・コントローラ710、またはバッテリ・バンクの状況をモニターするための抵抗および品質センサ715のうちの少なくとも1つを含む少なくとも1つのクライアント700を含む、本発明の模範的なエージェント610を示している。
本発明は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態、またはハードウェアとソフトウェアの両方の要素を含む実施形態の形を取ることができる。好ましい一実施形態では、本発明は、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むがこれらに限定されないソフトウェアで実装される。
さらに、本発明は、コンピュータまたは任意の命令実行システムによりあるいはそれに関連して使用するためのプログラム・コードを提供するコンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体からアクセス可能なコンピュータ・プログラムの形を取ることができる。この説明のために、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスによりあるいはそれに関連して使用するためのプログラムを収容、保管、通信、伝搬、または伝送可能な任意の装置にすることができる。
この媒体は、電子、磁気、光、電磁、赤外線、または半導体システム(あるいは装置またはデバイス)もしくは伝搬媒体にすることができる。コンピュータ可読媒体の例としては、半導体またはソリッド・ステート・メモリ、磁気テープ、取り外し可能コンピュータ・ディスケット、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、剛性磁気ディスク、および光ディスクを含む。光ディスクの現在の例としては、コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ(CD−ROM)、書き換え可能コンパクト・ディスク(CD−R/W)、およびDVDを含む。
プログラム・コードの保管または実行あるいはその両方に適したデータ処理システムは、システム・バスを介して記憶素子に直接または間接的に結合された少なくとも1つのプロセッサを含むことになる。記憶素子としては、プログラム・コードの実際の実行中に使用されるローカル・メモリと、大容量記憶装置と、実行中に大容量記憶装置からコードを検索しなければならない回数を削減するために少なくとも何らかのプログラム・コードの一時記憶を提供するキャッシュ・メモリとを含むことができる。入出力またはI/O装置(キーボード、ディスプレイ、ポインティング・デバイスなどを含むがこれらに限定されない)は、直接あるいは介在する入出力コントローラにより、システムに結合することができる。
データ処理システムが介在する私設網または公衆網を介してその他のデータ処理システムあるいはリモート・プリンタまたは記憶装置に結合された状態になれるようにするために、ネットワーク・アダプタもシステムに結合することができる。モデム、ケーブル・モデム、およびイーサネット・カードは、現在使用可能なタイプのネットワーク・アダプタのうちのいくつかに過ぎない。
本発明の動作を実行するためのコンピュータ・プログラム・コードは、様々なコンピュータ・プログラミング言語で作成することができる。このプログラム・コードは、スタンドアロン・ソフトウェア・パッケージとして少なくとも1つのコンピューティング・デバイス上で完全に実行される場合もあれば、一部分は1つのコンピューティング・デバイス上で、一部分はリモート・コンピュータ上で実行される場合もある。後者のシナリオでは、LANまたはWAN(たとえば、イントラネット)を介してリモート・コンピュータが1つのコンピューティング・デバイスに直接接続される場合もあれば、外部コンピュータにより(たとえば、インターネット、セキュア・ネットワーク、スニーカ・ネット、またはこれらの何らかの組み合わせにより)間接的に接続が行われる場合もある。
流れ図およびブロック図の各ブロックならびにこれらのブロックの組み合わせは、コンピュータ・プログラム命令または手段あるいはその両方によって実装可能であることが理解されるであろう。これらのコンピュータ・プログラム命令は、マシンを生産するために少なくとも1つの汎用コンピュータ、専用コンピュータ(複数も可)、またはその他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサに提供することができ、コンピュータまたはその他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令は流れ図またはブロック図に指定された機能を実装するための手段を作成する。
ラップトップ・コンピュータまたはバッテリベースのスマート・デバイスなどのポータブル・デバイスの耐用年数を延長するためのシステムおよび方法が提供される。その結果、バッテリは1回の充電でより長く機能することができ、それにより、生産し後で破壊する必要のあるバッテリの数を削減することによってカーボン・フットプリントの削減が可能になる。
上記の模範的な実施形態および代替実施形態は、様々な方法で互いに組み合わせることができる。さらに、図面に示されている様々なステップおよびその数は図示されているものから調整することができる。
特定の模範的な実施形態および代替実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるわけではない。さらに本発明に含まれると思われる代替実施形態、実施例、および変更例は、特に上記の教示を考慮すると、当業者によってなし得る可能性がある。

Claims (10)

  1. ポータブル・デバイスの耐用年数を延長するための方法であって、
    ポータブル・デバイスのバッテリをモニターするステップであって、前記バッテリが少なくとも2つのバッテリ・バンクと少なくとも1つのスペア・バンクとを含む、前記モニターするステップと、
    問題バンクを識別するステップと、
    前記問題バッテリ・バンクを前記少なくとも1つのスペア・バンクと交換するために、前記バッテリに関する接続スキーマを再構成するステップと、
    前記問題バンクをコンディショニングまたはエクササイズするステップと、
    前記問題バンクを再充電するために前記ポータブル・デバイスを電源機構に接続するステップと、
    前記少なくとも1つのスペア・バンクなしの前記接続スキーマにより、前記再充電または修理したバンクを再接続するステップと、
    前記バッテリの全電荷を維持しながら、前記コンディショニング中に前記ポータブル・デバイスの継続使用を行うことを特徴とする、方法。
  2. 前記問題バンクが、実質的に新しいバッテリ・バンクと比較して、エネルギー密度、電荷、容量、または内部抵抗のうちの少なくとも1つが欠乏していることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  3. 前記問題バンクの内部抵抗が欠乏している、請求項1記載の方法。
  4. 前記問題バンクをコンディショニングまたはエクササイズするために前記問題バンクの電圧または電流の周期変動を行うことを特徴とする、請求項1記載の方法。
  5. 前記バッテリ・バンクを順に放電し、続いて部分充電を行うことを特徴とする、請求項1記載の方法。
  6. 前記ポータブル・デバイスがラップトップ・コンピュータを含むことを特徴とする、請求項1記載の方法。
  7. 前記ポータブル・デバイスが、携帯電話、MP3プレーヤ、テレビ、携帯情報端末、またはツールを含むことを特徴とする、請求項1記載の方法。
  8. 少なくとも2つのバッテリ・バンクと少なくとも1つのスペア・バンクとを含むバッテリと、
    前記少なくとも2つのバッテリ・バンクの状況をモニターするためのセンサと、
    問題バンクを前記少なくとも1つのスペア・バンクと交換するために、前記バッテリの接続スキーマを再構成するための接続コントローラと、
    バンクの放電および再充電の速度を制御し、問題バンクをコンディショニングまたはエクササイズするための放電/エクササイズ・コントローラと、
    を特徴とする、ポータブル・デバイス。
  9. 前記ポータブル・デバイスがラップトップ・コンピュータを含むことを特徴とする、請求項8記載のポータブル・デバイス。
  10. 前記ポータブル・デバイスが、携帯電話、MP3プレーヤ、テレビ、携帯情報端末、またはツールを含むことを特徴とする、請求項8記載のポータブル・デバイス。
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