CN113116647B - 智能轮椅、智能轮椅的控制方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种智能轮椅、智能轮椅的控制方法、电子设备及计算机可读存储介质,所述智能轮椅包括:轮椅本体、佩戴装置和控制装置,其中,佩戴装置用于佩戴在轮椅乘坐者的头部上,并且佩戴装置包括:第一采集单元,该第一采集单元采集轮椅乘坐者的眼球肌电信号;和通信单元,该通信单元将第一采集单元采集的眼球肌电信号传送给控制装置,并且控制装置根据来自通信单元的眼球肌电信号控制轮椅本体的移动。从而,能够实现SSVEP级的高信噪比SNR并同时避免了由长时间使用而产生的精神疲劳。
Description
技术领域
本申请涉及计算机技术领域,尤其涉及智能轮椅、智能轮椅的控制方法、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
目前,轮椅成为行动不便的老年人和残疾人的代步工具。为了给行动不便的老年人和残疾人提供性能优越的代步工具,帮助他们提高自主行动自由度及重新融入社会,智能轮椅(也称智能轮椅式移动机器人)近年来应运而生,其涉及机械、控制、传感器、人工智能、通讯等各种领域及技术。
现有的智能轮椅例如具有虚拟控制眼镜,其包括具有多个以不同频率闪烁的功能选择区域的电子显示屏和红外拍摄装置;处理器根据红外拍摄装置的人眼图像信息确认用户注视的功能选择区域;处理器根据脑波采集器传输的脑波信号并计算出脑波信号的频率,并根据脑波信号的频率与功能选择区域的频率进行比对以通过动力机构控制轮椅进行移动。
在现有的智能轮椅技术中,通常使用了稳态视觉诱发电位(SSVEP)技术,SSVEP是控制脑机接口的主要协议之一。然而,存在长期使用SSVEP会使用户产生精神疲劳的问题,因此,SSVEP的功能受到限制。
发明内容
本申请的目的在于提供智能轮椅、智能轮椅的控制方法、电子设备及计算机可读存储介质,实现了SSVEP级的高信噪比(SNR)并同时避免了由长时间使用而产生的精神疲劳。
本申请的目的采用以下技术方案实现:
第一方面,本申请提供了一种智能轮椅,包括:轮椅本体、佩戴装置和控制装置,其中,所述佩戴装置用于佩戴在轮椅乘坐者的头部上,并且所述佩戴装置包括:第一采集单元,该第一采集单元采集轮椅乘坐者的眼球肌电信号;和通信单元,该通信单元将所述第一采集单元采集的所述眼球肌电信号传送给所述控制装置,并且所述控制装置根据来自所述通信单元的所述眼球肌电信号控制所述轮椅本体的移动。该技术方案的有益效果在于,通过采集乘坐者的眼球肌电信号并根据眼球肌电信号控制轮椅本体的移动,能够获得与SSVEP相似的SNR,改进了用于外部代理的脑机接口BCI控制的SSVEP级SNR,同时避免了由长时间使用而产生的精神疲劳,且不需要外部刺激即可实现与外部代理的交互。
在一些可选的实施例中,所述佩戴装置为眼镜,该眼镜的鼻垫具有作为所述第一采集单元的电极,以采集轮椅乘坐者的所述眼球肌电信号。该技术方案的有益效果在于,通过眼镜的鼻垫采集眼球肌电信号,能够使佩戴装置小型化,更便于信号的采集,并且具有很好的佩戴舒适性和用户接受度。
在一些可选的实施例中,所述佩戴装置还包括第二采集单元,该第二采集单元采集轮椅乘坐者的脑电信号,并且所述通信单元还将采集的所述脑电信号传送给所述控制装置,所述控制装置根据来自所述通信单元的所述眼球肌电信号和所述脑电信号,控制所述轮椅本体的移动。该技术方案的有益效果在于,通过整合脑电数据,能够提高分类问题的性能,使得轮椅本体的控制具有更高的准确性。
在一些可选的实施例中,所述佩戴装置为眼镜,该眼镜的框架具有作为所述第二采集单元的电极,以采集轮椅乘坐者的所述脑电信号。该技术方案的有益效果在于,通过将眼镜的框架设置为第二采集单元的电极,能够更便于采集脑电信号,并且使佩戴装置小型化。
在一些可选的实施例中,所述通信单元还将所述第一采集单元采集的所述眼球肌电信号的数据发送给终端设备,以在所述终端设备上显示采集的所述眼球肌电信号的数据。该技术方案的有益效果在于,通过将信号数据发送到终端设备进行显示,能够使用户了解并确认佩戴装置所采集的信号数据。
在一些可选的实施例中,所述眼球肌电信号包含所述轮椅乘坐者的眼睛的运动信息,并且所述控制装置根据所述眼球肌电信号中的所述眼睛的运动信息,相应地控制所述轮椅本体的移动。该技术方案的有益效果在于,能够根据眼睛的运动信息来确定轮椅本体的移动,从而能够有效地对轮椅本体进行控制。
在一些可选的实施例中,当采集的所述眼球肌电信号中的所述眼睛的运动信息表示轮椅乘坐者的眼睛向前、左或右观看时,所述控制装置驱动所述轮椅本体相应地向前移动、向左转向或向右转向,并且当采集的所述眼球肌电信号中的所述眼睛的运动信息表示轮椅乘坐者的眼睛向上或下观看时,所述控制装置控制所述轮椅本体相应地停止或向后移动。该技术方案的有益效果在于,能够根据眼睛向不同方向的观看相应地控制轮椅本体,从而能够更有效地控制轮椅本体的移动。
在一些可选的实施例中,所述佩戴装置为眼镜,该眼镜的框架左侧和右侧分别具有容纳腔室,以分别容纳所述通信单元和对所述佩戴装置供电的电池单元。该技术方案的有益效果在于,能够使得佩戴装置小型化,并且具有可接受的尺寸和良好的佩戴舒适度。
第二方面,本申请提供了一种智能轮椅的控制方法,所述智能轮椅包括轮椅本体,所述控制方法包括:采集轮椅乘坐者的眼球肌电信号;对采集的所述眼球肌电信号进行处理并转换成控制信号,以控制所述轮椅本体的移动。
在一些可选的实施例中,所述对采集的所述眼球肌电信号进行处理并转换成控制信号,包括:识别所述眼球肌电信号中的轮椅乘坐者的眼睛的运动信息;将所述眼睛的运动信息转换成所述控制信号,以驱动所述轮椅本体进行相应移动。
在一些可选的实施例中,控制所述轮椅本体的移动包括:当识别到所述眼球肌电信号中的所述眼睛的运动信息表示轮椅乘坐者的眼睛向前、左或右观看时,驱动所述轮椅本体相应地向前移动、向左转向或向右转向,并且当识别到所述眼球肌电信号中的所述眼睛的运动信息表示轮椅乘坐者的眼睛向上或下观看时,控制所述轮椅本体相应地停止或向后移动。
在一些可选的实施例中,所述控制方法还包括:采集轮椅乘坐者的脑电信号;所述对采集的所述眼球肌电信号进行处理并转换成控制信号,以控制所述轮椅本体的移动,包括:对采集的所述眼球肌电信号和所述脑电信号进行处理并转换成控制信号,以控制所述轮椅本体的移动。
在一些可选的实施例中,所述控制方法还包括:将采集的所述眼球肌电信号的数据发送给终端设备,以在所述终端设备上显示采集的所述眼球肌电信号的数据。
第三方面,本申请提供了一种电子设备,所述电子设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项方法的步骤。
第四方面,本申请提供了一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。
图1是本申请实施例提供的一种智能轮椅的结构示意图;
图2是本申请实施例提供的一种智能轮椅的结构示意图;
图3是本申请实施例提供的一种智能轮椅的结构示意图;
图4是本申请实施例提供的一种眼镜的结构示意图;
图5是本申请实施例提供的一种智能轮椅的佩戴设备的具体电路结构示意图;
图6是本申请实施例提供的一种智能轮椅的控制方法的流程示意图;
图7是本申请实施例提供的一种处理眼球肌电信号的流程示意图;
图8是本申请实施例提供的一种智能轮椅的控制方法的流程示意图;
图9是本申请实施例提供的一种智能轮椅的控制方法的流程示意图;
图10是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图;以及
图11是本申请实施例提供的一种用于实现出入管理方法的程序产品的结构示意图。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对本申请做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
参见图1,本申请实施例提供了一种智能轮椅。智能轮椅1包括轮椅本体30、佩戴装置10和控制装置20。佩戴装置10用于佩戴在轮椅乘坐者的头部上,并且佩戴装置10包括:第一采集单元11,该第一采集单元11采集轮椅乘坐者的眼球肌电EOG信号;和通信单元12,该通信单元12将第一采集单元11采集的眼球肌电信号传送给控制装置20。控制装置20根据来自通信单元12的眼球肌电信号控制轮椅本体30的移动。
由此,通过采集乘坐者的眼球肌电信号并根据眼球肌电信号控制轮椅的移动,能够获得与SSVEP相似的SNR,同时避免了由长时间使用而产生的精神疲劳,且不需要外部刺激即可实现与外部代理的交互。
佩戴装置10例如为眼镜,该眼镜的鼻垫具有作为第一采集单元11的电极,以采集轮椅乘坐者的眼球肌电信号。
由此,通过眼镜的鼻垫采集眼球肌电信号,能够使佩戴装置小型化,更便于信号的采集,并且具有很好的佩戴舒适性。
参见图2,佩戴装置10例如还包括第二采集单元13,该第二采集单元13采集轮椅乘坐者的脑电信号,并且通信单元12还将采集的脑电EGG信号传送给控制装置20。控制装置20根据来自通信单元12的眼球肌电信号和脑电信号,控制轮椅本体30的移动。
由此,通过整合脑电数据,能够提高分类问题的性能,使得轮椅的控制具有更高的准确性。
佩戴装置10例如为眼镜,该眼镜的框架具有作为第二采集单元13的电极,以采集轮椅乘坐者的脑电信号。
由此,通过将眼镜的框架设置为第二采集单元的电极,能够更便于采集脑电信号,并且使佩戴装置小型化。
参见图3,通信单元12还将第一采集单元11采集的眼球肌电信号的数据发送给终端设备40,以在终端设备40上显示采集的眼球肌电信号的数据。
由此,通过将信号数据发送到终端设备进行显示,能够使用户了解并确认佩戴装置所采集的信号数据。
优选地,眼球肌电信号包含轮椅乘坐者的眼睛的运动信息。控制装置20根据眼球肌电信号中的眼睛的运动信息,相应地控制轮椅本体30的移动。
由此,能够根据眼睛的运动信息来确定轮椅本体的移动,从而能够有效地对轮椅本体进行控制。
进一步优选地,当第一采集单元11采集的眼球肌电信号中的眼睛的运动信息表示轮椅乘坐者的眼睛向前、左或右观看时,控制装置20驱动轮椅本体30相应地向前移动、向左转向或向右转向,并且当第一采集单元11采集的眼球肌电信号中的眼睛的运动信息表示轮椅乘坐者的眼睛向上或下观看时,控制装置20控制所述轮椅本体30相应地停止或向后移动。
由此,能够根据眼睛向不同方向的观看相应地控制轮椅本体,从而能够更有效地控制轮椅本体的移动。
参见图4,佩戴装置例如为眼镜,该眼镜的框架左侧和右侧分别具有容纳腔室101A和101B,以分别容纳通信单元12和对所述佩戴装置供电的电池单元。由此,能够使得佩戴装置小型化并且具有可接受的尺寸和良好的佩戴舒适度。
以下描述申请实施例提供的智能轮椅的具体实例。该具体实例模仿了智能轮椅设置中应用的4级SSVEP协议。
在本具体实例中,智能轮椅具有常规形状因数的佩戴设备和控制器,其中,佩戴设备包括用于采集EOG信号的EOG采集器、通信模块和电池模块。
在本实例中,佩戴设备为眼镜,并且电极嵌入眼镜的鼻垫中作为EOG采集器。当用户佩戴该眼镜时,EOG信号通过嵌入眼镜的鼻垫中的电极而获取。
眼镜框架的左侧和右侧具有两个腔室(图4中的101A和101B),该两个腔室存储电池模块和通信(蓝牙)模块。通信模块用于将佩戴设备与轮椅本体的控制器进行连接(蓝牙连接)。此外,通信模块还提供了指向移动终端的应用程序的链接,该应用程序可以显示实时收集的生物信号数据(例如,EOG信号数据)。电池模块作为电源用于对佩戴设备进行供电。
智能轮椅中的控制器分析来自佩戴设备测量的EOG信号,并且在此分析结果的基础上对轮椅本体进行控制。对于智能轮椅,四级分类能够满足其控制。
在操作过程中,用户佩戴该佩戴设备就像佩戴普通眼镜一样。眼肌的运动信息通过嵌入鼻垫中的电极来检测。该电极提供有关眼睛运动的特定信息,并且这些特定信息随后被传送给轮椅的控制器,以用于驱动轮椅的马达。
例如,当用户向前看时,眼镜检测到表示向前看的EOG信号,控制器根据该EOG信号控制轮椅本体的向前运动;当用户向左或向右看时,眼镜检测到表示向左或向右看的EOG信号,控制器根据该EOG信号控制轮椅本体的向左或向右转;当用户向下看时,眼镜检测到表示向下看的EOG信号,控制器根据该EOG信号控制轮椅本体向后移动;而当用户向上看时,眼镜检测到表示向上看的EOG信号,控制器根据该EOG信号控制轮椅本体停止。
此外,眼镜除了采集眼球肌电信号,也可以采集脑电EEG信号。另一电极(例如,镀银电极)作为EEG采集器嵌入眼镜框架中,EEG信号可以通过该另一电极而获取。EEG采集器通过整合脑电数据从而提高了分类问题的性能。采集器通过检测缓慢的皮质电位来获取脑电信号。当用户考虑控制轮椅本体的各个动作时,就会诱发这种缓慢的皮质电位。由于缺少图像提示,这种协议的SNR本身将非常低,但是,由于能够同时收集EOG信息,因此能够有效地拥有了易于集成的标记数据。
图5示出了本申请实施例提供的一种智能轮椅的佩戴设备的具体电路结构示意图。佩戴设备的电路包括:EEG预处理单元(EEG采集器)、EOG预处理单元(EOG采集器)、电池电压单元(电池模块)、集成有10-bitADC的微型控制器、蓝牙模块(通信模块)、LED指示器和反馈选项单元。EEG预处理单元和EOG预处理单元分别接收到输入信号IN+、IN-和基准信号REF,并分别向微型控制器输出模拟信号1和2,电池电压单元向微型控制器输出电池电压的模拟信号3。蓝牙模块与微型控制器进行通信。控制器将数字信号发送给LED指示器,并且将脉冲宽度调制PWM信号发送给反馈选项单元。
根据本申请的智能轮椅的具体实例,通过采集乘坐者的眼球肌电信号并根据眼球肌电信号控制轮椅本体的移动,能够获得与SSVEP相似的SNR,即,改进了用于外部代理的BCI控制的SSVEP级SNR,并且同时避免了由长时间使用而产生的精神疲劳,且不需要外部刺激即可实现与外部代理的交互。使用眼镜作为采集眼球肌电信号和脑电信号的设备,并且眼镜框架两侧具有容纳电池模块和通信模块的腔室,使得佩戴设备能够具有用户可接受的尺寸和良好的佩戴舒适度。
参见图6至图9,本申请实施例还提供了一种智能轮椅的控制方法,其中,所述智能轮椅包括轮椅本体,所述控制方法具体实现方式与上述轮椅的实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果一致,部分内容不再赘述。
如图6所示,智能轮椅的控制方法包括:采集轮椅乘坐者的眼球肌电信号(步骤S1);对采集的眼球肌电信号进行处理并转换成控制信号,以控制轮椅本体的移动(步骤S2)。
如图7所示,步骤S2包括:识别眼球肌电信号中的轮椅乘坐者的眼睛的运动信息(步骤S21);将眼睛的运动信息转换成控制信号,以驱动轮椅本体进行相应移动(步骤S22)。
控制所述轮椅本体的移动包括:当识别到所述眼球肌电信号中的眼睛的运动信息表示轮椅乘坐者的眼睛向前、左或右观看时,驱动轮椅本体相应地向前移动、向左转向或向右转向,并且当识别到眼球肌电信号中的所述眼睛的运动信息表示轮椅乘坐者的眼睛向上或下观看时,控制轮椅本体相应地停止或向后移动。
如图8所示,智能轮椅的控制方法还包括:采集轮椅乘坐者的脑电信号(步骤S3)。步骤S2包括:对采集的眼球肌电信号和脑电信号进行处理并转换成控制信号,以控制轮椅本体的移动。
如图9所示,智能轮椅的控制方法还包括:将采集的眼球肌电信号的数据发送给终端设备,以在终端设备上显示采集的眼球肌电信号的数据(步骤S4)。
参见图10,本申请实施例还提供了一种电子设备200,电子设备200包括至少一个存储器210、至少一个处理器220以及连接不同平台***的总线230。
存储器210可以包括易失性存储器形式的可读介质,例如随机存取存储器(RAM)211和/或高速缓存存储器212,还可以进一步包括只读存储器(ROM)213。
其中,存储器210还存储有计算机程序,计算机程序可以被处理器220执行,使得处理器220执行本申请实施例中上述任一项方法的步骤,其具体实现方式与上述方法的实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果一致,部分内容不再赘述。
存储器210还可以包括具有一组(至少一个)程序模块215的程序/实用工具214,这样的程序模块包括但不限于:操作***、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
相应的,处理器220可以执行上述计算机程序,以及可以执行程序/实用工具214。
总线230可以为表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储器总线或者存储器控制器、***总线、图形加速端口、处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备200也可以与一个或多个外部设备240例如键盘、指向设备、蓝牙设备等通信,还可与一个或者多个能够与该电子设备200交互的设备通信,和/或与使得该电子设备200能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口250进行。并且,电子设备200还可以通过网络适配器260与一个或者多个网络(例如局域网(LAN),广域网(WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。网络适配器260可以通过总线230与电子设备200的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备200使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID***、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质用于存储计算机程序,所述计算机程序被执行时实现本申请实施例中上述任一项方法的步骤,其具体实现方式与上述方法的实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果一致,部分内容不再赘述。
图11示出了本实施例提供的用于实现上述方法的程序产品300,其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码,并可以在终端设备,例如个人电脑上运行。然而,本发明的程序产品300不限于此,在本文件中,可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。程序产品300可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质,该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码,程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如Java、C++等,还包括常规的过程式程序设计语言诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中,远程计算设备可以通过任意种类的网络,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),连接到用户计算设备,或者,可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本申请从使用目的上,效能上,进步及新颖性等观点进行阐述,已符合专利法所强调的功能增进及使用要件,本申请以上的说明书及说明书附图,仅为本申请的较佳实施例而已,并非以此局限本申请,因此,凡一切与本申请构造,装置,特征等近似、雷同的,即凡依本申请专利申请范围所作的等同替换或修饰等,皆应属本申请的专利申请保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种智能轮椅,其特征在于,包括:
轮椅本体、佩戴装置和控制装置,其中,
所述佩戴装置用于佩戴在轮椅乘坐者的头部上,并且所述佩戴装置包括:第一采集单元,该第一采集单元采集轮椅乘坐者的眼球肌电信号,所述眼球肌电信号包含轮椅乘坐者的眼睛的运动信息;和通信单元,该通信单元将所述第一采集单元采集的所述眼球肌电信号传送给所述控制装置;
所述佩戴装置还包括第二采集单元,该第二采集单元采集轮椅乘坐者的脑电信号,并且所述通信单元还将采集的所述脑电信号传送给所述控制装置,
所述控制装置根据来自所述通信单元的所述眼球肌电信号和所述脑电信号,将所述眼球肌电信号和脑电信号进行处理并转换成控制信号,控制所述轮椅本体的移动;
所述佩戴装置为眼镜,该眼镜的鼻垫具有作为所述第一采集单元的电极,该眼镜的框架具有作为所述第二采集单元的电极。
2.根据权利要求1所述的智能轮椅,其特征在于,
所述通信单元还将所述第一采集单元采集的所述眼球肌电信号的数据发送给终端设备,以在所述终端设备上显示采集的所述眼球肌电信号的数据。
3.根据权利要求1所述的智能轮椅,其特征在于,
所述眼镜的框架左侧和右侧分别具有容纳腔室,以分别容纳所述通信单元和对所述佩戴装置供电的电池单元。
4.一种用于权利要求1至3任一项所述智能轮椅的控制方法,其特征在于,所述控制方法包括:
采集轮椅乘坐者的眼球肌电信号;
识别所述眼球肌电信号中的轮椅乘坐者的眼睛的运动信息;
采集轮椅乘坐者的脑电信号;
对采集的所述眼球肌电信号和所述脑电信号进行处理并转换成所述控制信号,以控制所述轮椅本体的移动。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述控制方法还包括:
将采集的所述眼球肌电信号的数据发送给终端设备,以在所述终端设备上显示采集的所述眼球肌电信号的数据。
6.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求4-5任一项所述控制方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质,其特征在于,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求4-5任一项所述控制方法的步骤。
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