KR102461696B1 - 압력 감지 의자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자는 제1 방향으로 형성되는 제1 전도 영역을 가지는 제1 시트, 상기 제1 시트 상에 배치되는 쿠션층, 상기 쿠션층 상에 배치되며, 제2 방향으로 형성되는 제2 전도 영역을 가지는 제2 시트를 포함한다.

Description

압력 감지 의자{CHAIR OF SENSING PRESSURE}

본 발명은 압력 감지 의자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 의자의 좌판에 압력 감지 센서를 내장하는 압력 감지 의자에 관한 것이다.

최근, 전자 기술과 정보 통신 기술의 발전으로 헬스 케어(Health Care) 분야가 급속하게 발전하고 있다. 즉, 생체 정보를 이용하여 사람의 몸 상태를 측정할 수 있는 건강 관리 시스템이 요구되고 있으며, 특히, 일상 생활에서 주로 사용하는 의자를 이용하여 생체 정보를 획득하는 기술이 개발되고 있다.

그러나, 생체 정보 획득을 위한 일반적인 의자는 대면적의 측정을 위하여 독립된 다수의 센서가 필요하며, 각 센서를 구동시키기 위한 모듈을 각각 연결하기 위한 공간이 추가로 필요하다. 또한, 센서가 유연성 및 신축성이 없어 복곡면 형태의 의자에 적용하기는 무리가 있으며, 사용자가 의자에 앉았을 경우 센서로 인한 이물감이 느껴지는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가해진 무게에 따른 압력 및 위치를 감지하는 압력 감지 의자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자는 제1 방향으로 형성되는 제1 전도 영역을 가지는 제1 시트, 상기 제1 시트 상에 배치되는 쿠션층, 상기 쿠션층 상에 배치되며, 제2 방향으로 형성되는 제2 전도 영역을 가지는 제2 시트를 포함한다.

상기 제1 전도 영역 및 상기 제2 전도 영역은 각각 전도성 섬유로 구성될 수 있다.

상기 전도성 섬유는 금속 와이어이거나, 표면 상에 금속 막이 피복된 섬유일 수 있다.

상기 제1 시트 아래에 배치되며, 상기 제1 시트, 상기 쿠션층 및 상기 제2 시트를 지지하는 지지판을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 시트 및 상기 쿠션층 사이에 배치되는 제1 접착층, 그리고 상기 쿠션층 및 상기 제2 시트 사이에 배치되는 제2 접착층을 더 포함할 수 있다.

상기 쿠션층은 탄성체, 그리고 상기 탄성체 내에 분산된 전도성 복합체를 포함할 수 있다.

상기 제1 시트에서 발생하는 전기 신호를 전달하는 제1 연결부, 그리고 상기 제2 시트에서 발생하는 전기 신호를 전달하는 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.

상기 쿠션부는 상기 제1 시트의 접촉 영역으로부터 측면까지 형성되는 제1 홀, 그리고 상기 제2 시트의 접촉 영역으로부터 측면까지 형성되는 제2 홀을 포함하며, 상기 제1 연결부는 상기 제1 홀을 관통하고, 상기 제2 연결부는 상기 제2 홀을 관통할 수 있다.

상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부와 연결되며, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트에서 발생하는 전기 신호를 처리하는 신호처리부를 더 포함할 수 있다.

상기 신호처리부에 의하여 처리된 결과에 따라 제어신호를 생성하는 제어부, 그리고 상기 제어신호를 송신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 의자는 가해진 무게에 따라 압력을 정밀하게 감지할 수 있으며, 압력 분포를 정확하게 감지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 의자는 대면적화가 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 의자의 센서부는 쿠션과 일체화되므로, 디자인적 이질감이 낮으며, 이물감이 느껴지지 않는다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자에 내장된 압력 감지 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부를 내장하는 좌판의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부를 내장하는 좌판의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 하부 시트의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 상부 시트의 확대도이다.
도 7은 하부 전극층, 유전층 및 상부 전극층을 포함하는 압력 감지 센서층을 별도로 구현하고, 쿠션층 상에 압력 감지 센서층을 적층하는 경우의 좌판 사진이다.
도 8은 본 발명과 실시예에 따라 쿠션층을 유전층으로 대체하고, 쿠션층의 상하부에 하부 전극층을 포함하는 하부 시트 및 상부 전극층을 포함하는 상부 시트를 접착하는 경우의 좌판 사진이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시에에 따른 좌판의 단면도를 나타낸다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 의자에 내장된 압력 감지 장치의 블록도이다.

도 1 내지 2를 참조하면, 압력 감지 의자(100)는 좌판(110), 팔걸이(120), 등받이(130), 그리고 다리(140) 등을 포함한다. 좌판(110)에 사람이 착석하면, 압력 감지 의자(100)에 내장된 압력 감지 장치(200)는 착석 여부를 감지하고, 착석에 따른 상대적 압력 분포를 측정할 수 있다. 압력 감지 장치(200)는 측정한 압력 분포에 따라 무게, 앉은 자세 등을 검출할 수 있다.

압력 감지 장치(200)는 센서부(210), 신호 처리부(220), 제어부(230) 및 통신부(240)를 포함할 수 있다. 센서부(210)는 좌판(110)에 대한 착석 여부 및 착석에 따른 상대적 압력 분포 등을 감지할 수 있다. 센서부(210)는 좌판(110)에 내장되도록 구현될 수 있다. 신호 처리부(220)는 센서부(210)와 연결되며, 센서부(210)에서 발생한 전기 신호를 처리한다. 그리고, 제어부(230)는 신호 처리부(220)와 연결되며, 신호 처리부(220)에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성한다. 한 예로, 제어부(230)는 센서부(210)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 장치의 온오프를 제어할 수 있다. 다른 예로, 제어부(220)는 센서부(210)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 자세 교정을 위한 알람 신호 등을 생성할 수도 있다. 그리고, 통신부(240)는 제어부(230)에 의하여 생성된 제어 신호를 외부 장치로 송신한다. 신호 처리부(220), 제어부(230) 및 통신부(240)는 팔걸이(120), 등받이(130), 다리(140) 등에 내장될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 센서부(210)는 좌판(110)의 쿠션층을 포함하여 형성된다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부를 내장하는 좌판의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부를 내장하는 좌판의 분해도이다.

도 3 내지 4를 참조하면, 센서부(210)를 포함하는 좌판(110)은 지지판(300), 하부 시트(310), 하부 접착층(320), 쿠션층(330), 상부 접착층(340) 및 상부 시트(350)를 포함한다.

여기서, 하부 시트(310)는 제1 방향으로 형성되는 제1 전도 영역(312)을 가지는 제1 전극을 포함하며, 상부 시트(350)는 제2 방향으로 형성되는 제2 전도 영역(352)을 가지는 제2 전극을 포함한다.

이때, 제1방향 및 제2 방향은 서로 다른 방향일 수 있으며, 제1 방향으로 형성된 제1 전도 영역(312)과 제2 방향으로 형성된 제2 전도 영역(352)이 교차하는 지점이 센싱 포인트(P)로 작용할 수 있다.

이때, 하부 시트(310) 및 상부 시트(350)는 직물로 이루어질 수 있다. 특히, 하부 시트(310) 및 및 상부 시트(350)에 포함되는 전도 영역(312, 352)은 전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어질 수 있으며, 전도 영역(312, 352)을 제외한 영역(314, 354)은 일반 섬유를 포함하는 직물로 이루어질 수 있다. 여기서, 전도성 섬유는 금속 와이어 또는 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유일 수 있다. 전도성 섬유는 금속 입자가 분산된 일반 섬유일 수도 있다. 전도성 섬유가 금속 와이어인 경우, 금속 와이어의 직경은 10㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 금속 와이어의 직경이 10㎛ 미만이면 금속 와이어의 강도가 약하여 직물 가공이 어려울 수 있으며, 금속 와이어의 직경이 500㎛를 초과하면 금속 와이어의 강성이 높아 직물의 유연성이 떨어질 수 있으므로, 직물의 가공 시 설비에 데미지를 줄 수 있고, 사용자가 이질감을 느끼기 쉽다. 이때, 금속 와이어는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있다. 스테인레스 합금은, 예를 들면 마르텐사이트계 스테인레스 합금, 페라이트계 스테인레스 합금, 오스테나이트계 스테인레스 합금, 2상계 스테인레스 합금, 석출경화계 스테인레스 합금 등일 수 있다. 금속 와이어가 스테인레스 합금인 경우, 내부식성을 높일 수 있다.

전도성 섬유가 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유인 경우, 금속 막은 금속 입자가 도금 방식 또는 증착 방식으로 일반 섬유의 표면 상에 피복되는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 금속 입자는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있으며, 금속 막의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 금속 막의 두께가 1㎛ 미만이면 전도율이 낮으므로 신호 전송 시에 손실을 유발할 수 있으며, 금속 막의 두께가 50㎛ 를 초과하면 섬유의 표면에서 금속 막이 쉽게 이탈될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 쿠션층(330)은 하부 시트(310) 및 상부 시트(350) 사이에 배치되며, 탄성체를 포함한다. 이때, 쿠션층(330)과 하부 시트(310)는 하부 접착층(320)에 의하여 접착되며, 쿠션층(330)과 상부 시트(350)는 상부 접착층(340)에 의하여 접착될 수 있다.

여기서, 탄성체는 절연 물질이며, 탄성 계수는 10Kpa 내지 80Gpa일 수 있다. 예를 들어, 탄성체는 발포폼, 부직포, 나노웹 등의 랜덤한 섬유 배열을 가지는 섬유 기재이거나, 폴리우레탄, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에스터로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 합성섬유 또는 천연 섬유이거나, 엘라스토머, 고무, 우레탄 등일 수 있다.

이에 따라, 사용자가 압력 감지 의자(100)의 좌판(110) 상에 착석하는 경우, 좌판(110) 상에 압력이 가해지게 되며, 쿠션층(330)의 두께가 얇아지게 된다. 사용자의 무게에 따라, 쿠션층(330)의 두께는 달라지게 되며, 쿠션층(330)의 두께에 따라 하부 시트(310) 및 상부 시트(350) 사이에 흐르는 정전용량이 달라지게 된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 압력 감지 의자(100)는 하부 시트(310) 및 상부 시트(350) 간의 정전 용량 변화량 및 정전 용량 분포를 이용하여 압력을 감지할 수 있다.

한편, 쿠션층(330)은 탄성체 내에 분산된 전도성 복합체를 더 포함할 수도 있다. 이에 따라, 쿠션층(330)은 정상 상태에서 저항이 1kΩ이상으로 절연 특성을 가지나, 쿠션층(330)의 주변에 물리적인 변화가 발생한 경우, 예를 들어 쿠션층(330) 상에 압력이 가해진 경우, 쿠션층(330)의 두께가 얇아지므로, 하부 시트(310)와 상부 시트(350) 간의 저항이 100Ω 이상 변화하게 된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 압력 감지 의자(100)는 하부 시트(310) 및 상부 시트(350) 간의 저향 변화량 및 저항 분포를 이용하여 압력을 감지할 수 있다.

이를 위하여, 전도성 복합체는 전도성 고분자 및 전도성 분말을 포함할 수 있다. 전도성 복합체는 탄성체의 1 내지 10wt%로 포함될 수 있다. 전도성 복합체가 탄성체의 10wt%를 초과하여 포함되면, 압력이 가해지지 않은 상태에서 절연 특성을 보장하기 어려워진다. 이때, 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole)을 포함할 수 있다. 그리고, 전도성 분말은 Au, Ag, Cu, Ni, CNT(Carbon Nano Tube), 그래핀 및 세라믹 필러로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함할 수 있다.

이때, 전도성 분말의 직경은 10nm 내지 500㎛일 수 있고, 구형, 침상형 또는 판상형일 수 있다. 전도성 분말의 직경이 10nm 미만이면 전도성 고분자 내 분산이 어려우며 입자간 계면 저항이 높아 쿠션층(330) 전체의 저항이 낮아지게 된다. 그리고, 전도성 분말의 직경이 500㎛를 초과하면 쿠션층(330)의 표면이 매끄럽지 못하여 마찰력이 증가하고, 이로 인하여 가공이 어려울 수 있다.

이와 같이, 쿠션층(330)은 제1 전극이 포함되는 하부 시트(310)와 제2 전극이 포함되는 상부 시트(350) 사이에 배치되며, 유전층 또는 기능층의 역할을 수행하므로, 좌판(110) 내에 별도의 압력 감지 센서층을 포함시킬 필요가 없다.

도 7은 하부 전극층, 유전층 및 상부 전극층을 포함하는 압력 감지 센서층을 별도로 구현하고, 쿠션층 상에 압력 감지 센서층을 적층하는 경우의 좌판 사진이고, 도 8은 본 발명과 실시예에 따라 쿠션층을 유전층으로 대체하고, 쿠션층의 상하부에 하부 전극층을 포함하는 하부 시트 및 상부 전극층을 포함하는 상부 시트를 접착하는 경우의 좌판 사진이다.

도 7과 8을 비교하면, 본 발명의 실시예와 같이 구현할 경우 디자인적 이질감이 느껴지지 않음을 알 수 있다.

또한, 도 7에서 예시한 바와 같이, 압력 감지 센서층 아래에 쿠션층이 배치되는 경우, 압력 감지 센서층 상에 가해진 압력의 일부가 쿠션층에 흡수되므로, 압력 감지의 정밀도가 떨어지게 된다.

이에 반해, 본 발명의 실시예에 따르면, 하부 시트(310), 쿠션층(330) 및 상부 시트(350)가 압력 감지 센서를 이루며, 압력 감지 센서는 지지판(300) 상에 배치된다. 이때, 지지판(300)은 쿠션층(330)보다 탄성 계수가 낮은 소재, 예를 들어 플라스틱 또는 스틸 소재를 포함할 수 있다. 이에 따라, 압력 감지 센서 상에 압력이 가해지는 경우, 지지판(300)이 좌판(110) 상에 가해진 압력을 흡수하지 않으므로, 압력의 정밀도를 높일 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 쿠션층(330)에는 적어도 하나의 홀이 형성될 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시에에 따른 좌판의 단면도를 나타낸다. 도 3 내지 6과 동일한 내용은 중복된 설명을 생략한다.

도 9를 참조하면, 쿠션층(330)에는 적어도 하나의 홀이 형성된다. 예를 들어, 쿠션층(330)에는 하부 시트(310)의 접촉 영역으로부터 쿠션층(330)의 측면까지 형성된 제1홀(332), 그리고 상부 시트(350)의 접촉 영역으로부터 쿠션층(330)의 측면까지 형성된 제2 홀(334)을 포함할 수 있다.

그리고, 하부 시트(310)에서 발생하는 전기 신호를 전달하는 제1 연결부(700)는 제1 홀(332)을 관통하고, 상부 시트(350)에서 발생하는 전기 신호를 전달하는 제2 연결부(710)는 제2 홀(334)을 관통한다. 이에 따라, 제1 연결부(700) 및 제2 연결부(710)는 신호 처리부(220)에 연결될 수 있으며, 하부 시트(310)와 상부 시트(350)에서 발생하는 전기 신호를 효율적으로 전달할 수 있다. 여기서, 제1 연결부(700)와 제2 연결부(710)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 상에서 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예와 같이, 센서부가 좌판의 쿠션층과 일체로 형성되면, 압력 감지 센서층을 별도로 적층할 필요가 없다. 이에 따라, 사용자가 좌판 상에 착석하였을 경우, 이질감을 느끼지 않으며, 좌판을 장시간 사용하더라도 센서부가 좌판으로부터 이탈될 염려가 없으므로, 디자인적으로도 우수하다.

한편, 도시되지 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 의자(100)의 좌판(110)은 압전 소자를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 좌판(110)에 앉았다 일어나는 경우, 좌판(110)이 수축되었다 복원된다. 이러한 과정이 반복하여 일어나면, 압력 변화에 따라 전기가 발생할 수 있다. 압전 소자에 의하여 발생한 전기는 다양한 애플리케이션에 적용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

300: 지지판
310: 하부 시트
320: 하부 접착층
330: 쿠션층
340: 상부 접착층
350: 상부 시트

Claims (10)

1. 제1 방향으로 형성되는 제1 전도 영역을 가지는 제1 시트,
   상기 제1 시트 상에 배치되는 쿠션층,
   상기 쿠션층 상에 배치되며, 제2 방향으로 형성되는 제2 전도 영역을 가지는 제2 시트,
   상기 제1 시트에서 발생하는 전기 신호를 전달하는 제1 연결부, 그리고
   상기 제2 시트에서 발생하는 전기 신호를 전달하는 제2 연결부를 포함하고,
   상기 제1 전도 영역 및 상기 제2 전도 영역은 각각 전도성 섬유로 구성되며,
   상기 쿠션층은 탄성체, 그리고 상기 탄성체 내에 분산된 전도성 복합체를 포함하고,
   상기 쿠션층은 상기 제1 시트의 접촉 영역으로부터 측면까지 형성되는 제1 홀, 그리고 상기 제2 시트의 접촉 영역으로부터 측면까지 형성되는 제2 홀을 포함하며,
   상기 제1 연결부는 상기 제1 홀을 관통하고,
   상기 제2 연결부는 상기 제2 홀을 관통하며,
   상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 각각 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 상에서 구현되는 압력 감지 의자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전도성 섬유는 표면 상에 금속 막이 피복된 섬유인 압력 감지 의자.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 시트 아래에 배치되며, 상기 제1 시트, 상기 쿠션층 및 상기 제2 시트를 지지하는 지지판,
   상기 제1 시트 및 상기 쿠션층 사이에 배치되는 제1 접착층, 그리고
   상기 쿠션층 및 상기 제2 시트 사이에 배치되는 제2 접착층을 더 포함하는 압력 감지 의자.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부와 연결되며, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트에서 발생하는 전기 신호를 처리하는 신호처리부,
   상기 신호처리부에 의하여 처리된 결과에 따라 제어신호를 생성하는 제어부, 그리고
   상기 제어신호를 송신하는 통신부
   를 더 포함하는 압력 감지 의자.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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