Engenharia Mecânica

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Dispositivo de efeito giroscópico para a supressão de tremores patológicos:
(2024) Passos, Andrew de Almeida; Lima, Guilherme Fella de; Oliveira, Igor de Castro; Ferreira, Renan de Souza; Cabeça, Vinicius Beleti
De acordo com o censo realizado em 2022 pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), a população idosa brasileira cresceu 57,4% em 12 anos, indicando que o Brasil está seguindo uma das mais importantes megatendências mundiais, o envelhecimento populacional. Com a inversão da pirâmide etária, os problemas de saúde causados pela idade avançada, como os tremores, aumentam. O tremor pode ser descrito como um transtorno do movimento que causa oscilações ritmadas sincronizadas ou alternadas, que, dependendo do caso, pode acometer diversas articulações do corpo humano. As doenças associadas aos tremores patológicos acometem diversas faixas etárias, porém, afetam majoritariamente a população com idade superior a 60 anos. Dependendo da frequência e amplitude do tremor, mesmo as atividades de vida diária (AVD’s) de complexidade baixa se tornam difíceis de serem realizadas autonomamente. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma órtese projetada para atenuar tremores de Parkinson, Holmes e Essencial de forma não invasiva, utilizando um giroscópio de alta velocidade, visando melhorar a qualidade de vida dos usuários. Seus componentes incluem uma órtese adaptável, um giroscópio de alta precisão acoplado na região dorsal da mão, uma base com um grau de liberdade que permite a atenuação do tremor composto, um motor elétrico de alta rotação e baterias. Este dispositivo visa a supressão dos tremores através da conservação do momento angular do giroscópio. Para atingir o objetivo, estudos foram realizados sobre a biomecânica dos tremores patológicos, analisando frequências e amplitudes de movimentos involuntários, bem como os graus de liberdade em que o tremor se manifesta. Para a realização dos testes, foi desenvolvido uma bancada com o objetivo de simular os tremores patológicos e validar o dispositivo, os resultados indicaram supressões de 45% no eixo Y e 72% no eixo Z a 12.000 rpm, e de 43% no eixo Y e 77% no eixo Z a 8.000 rpm, enquanto o eixo X apresentou aumento nos tremores, com 77% a 12.000 rpm e 49% a 8.000 rpm. A rotação de 8.000 rpm foi a mais eficaz, reduzindo o impacto no eixo X. As simulações matemáticas também foram satisfatórias, apontando supressão significativa de tremores a partir de 3 Hz, com média de 78% de redução a 5 Hz. Este sistema pode impactar positivamente a qualidade de vida da população acometida por tremores patológicos, aumentando sua autonomia e possibilitando a redução de medicamentos para o controle farmacológico.
Desenvolvimento de uma órtese dinâmica ativa para joelho
(2024-12-17) Besteiro, Alexandre Carpim; Lisboa, André Dias Scomparini; Schoba, Arthur Matheus Yamamoto; Mesquita, Gabriel Chadi; Leal, Gabriel Matos Lara; Gaziola, Giovanni Fonseca; Ramos, Rafael Alves Corrêa; Cecchi, Vinicius Alves Magro
O princípio da Engenharia é a aplicação de conhecimentos teóricos e práticos para a construção e melhoria de processos, materiais e dispositivos para o desenvolvimento da vida humana. Na Engenharia Biomédica, esse foco é voltado para a melhoria direta no cotidiano das pessoas, ajudando-as com prevenção, diagnóstico e tratamento de doenças. Nesse contexto, a mobilidade é uma área que necessita constantemente de soluções efetivas, viáveis e inovadoras. Dentro deste tema, se encontram as órteses dinâmicas ativas para a articulação do joelho no auxílio da marcha. Contudo, tanto os protótipos comerciais quanto aqueles encontrados na literatura apresentam, problemas de funcionalidade, são muito robustos e enfrentam rejeições por parte dos usuários. O presente trabalho tem por objetivo aproveitar essa lacuna, apresentando uma solução viável para uso cotidiano, de forma segura, resgatando a naturalidade da marcha com melhor estética e conforto. O projeto da geometria final e a escolha do PLA (Poliácido Láctico) como material de confecção, foram validados a partir de análise estrutural das forças e deformações utilizando o software Ansys. A impressão 3D como método de fabricação da órtese confere agilidade, personalização e baixo custo. Outro diferencial é a implementação do controle por impedância, permitindo uma interação mais dinâmica com o ambiente externo, promovendo uma marcha mais natural e humanizada, ao contrário de métodos tradicionais de controle. Para tanto foram utilizados uma unidade inercial de movimento (IMU), um microcontrolador ESP32 e um motor DC de 12V modelo 5840-31ZY, com uma redução de rotação que gera torque suficiente para auxiliar o movimento, juntamente com um driver (ponte H) e uma bateria de 12V e 6,6 Ah para alimentar o sistema. Foram utilizados métodos como cálculo por medidas antropométricas, método do pêndulo passivo e teorema do momento angular, entre outros para determinar os parâmetros da Lei de Controle, como rigidez, amortecimento e momento de inércia relacionados ao movimento do joelho. Uma equação de controle própria para uma órtese dinâmica ativa para joelho foi proposta, e o valor de torque obtido comprova a eficácia do modelo para o auxílio na marcha do usuário.
Órtese ativa para correção de assimetria na marcha de pacientes afetados pela síndrome do pé caído:
(2024-12-17) Silva, Camila França; Risi, Filipe Baratella; Ono, Julia Malta; Vasques, Marcela Francisco Albuquerque; Lima, Yuri Aleixo de Lima; Moreira, Yuri Galvão
A síndrome do pé caído, um distúrbio que dificulta ou impede a execução do movimento de dorsiflexão do tornozelo, resulta em dificuldade para levantar a parte da frente do pé durante a marcha, prejudicando a caminhada e aumentando o risco de quedas. O uso de órteses tornozelo-pé (\textit{Ankle Foot Orthosis - AFO}) visa oferecer suporte, alinhamento e evitar a hiperextensão excessiva, mantendo o pé em uma posição mais funcional para auxiliar a dinâmica da marcha. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma órtese ativa tornozelo-pé, baseada em um sistema eletromecânico, com o objetivo de corrigir a marcha assimétrica causada pela síndrome do pé caído e se aproximar ao máximo da marcha de uma pessoa saudável. Durante a marcha, um sensor de pressão plantar detecta o início da fase de balanço, acionando um atuador elétrico que, por meio de um controlador PID, fornece o torque necessário para realizar o movimento de dorsiflexão de forma precisa e adaptada ao ritmo de caminhada. O atuador está acoplado a um came de perfil único, responsável por transformar o movimento rotacional motor em um movimento linear, elevando o pé do usuário. Esse sistema permite que a órtese detecte o momento ideal para aplicar um esforço assistivo, tanto para a dorsiflexão quanto para a flexão plantar, equalizando a marcha do indivíduo com pé caído à de uma pessoa saudável.
Belteen:
(2024-12-15) Colevati, Aline Stelly; Santana, André Luiz Prazeres; Rolemberg, Caio Beltrão Moraes; Pereira, Gabriela Galindo; Bloise, Giovanni Alencar; Souza, Higor Oliveira de; Leão, João Pedro Agresta e Silva; Lobo, Lucas de Oliveira
A segurança no trânsito para o transporte de crianças em veículos depende do uso correto de sistemas de retenção infantil (SRI). Esse dispositivo é essencial para prevenir lesões graves, como traumatismos na coluna cervical, que ocorrem devido à aceleração da cabeça deste passageiro durante as colisões. Os sistemas de retenção infantil são projetados para distribuir as forças de impacto, visando proteger a integridade do corpo da criança. As crianças de 1 a 4 anos são particularmente vulneráveis a esses tipos de lesões em um acidente automobilístico porque sua musculatura e estrutura óssea ainda estão em desenvolvimento, o que aumenta o risco de lesões na cabeça e no pescoço durante impactos bruscos. A utilização de sistemas de retenção para crianças (SRI) voltados para trás é frequentemente sugerido por associações de medicina, como a American Academy of Pediatrics (AAP), devido à maior proteção contra danos no pescoço e na coluna cervical em colisões frontais. Este posicionamento do dispositivo de retenção infantil deve ser mantido até que a criança alcance os limites de peso ou altura estabelecidos por leis. Contudo, crianças de 1 a 4 anos muitas vezes ultrapassam esses limites, sendo obrigadas a mudar para assentos voltados para a frente, o que eleva os perigos nesse período crucial de desenvolvimento. Por outro lado, crianças de 4 a 7 anos são menos suscetíveis devido à sua estrutura corporal mais sólida e resistente. O foco principal de nosso estudo é a segurança no transporte de crianças de 1 a 4 anos, devido à vulnerabilidade cervical e ao tamanho reduzido. Para isso, foi projetado um modelo de melhoria da cadeirinha infantil que, nas simulações realizadas no software PAMCRASH, demonstrou uma redução de 42% na força de tração Fz aplicada a coluna cervical da criança durante a colisão. Esse novo modelo de SRI apresentou uma redução de cerca de 750 newtons em comparação ao SRI original.
Thermal simulation of green roof in container buildings
(2024) Gonçalves, Fernanda Barros
The increasing number of environmental issues has been encouraging the use of green technologies in civil construction. Over time, technologies emerge and their use is encouraged by the government, by the benefits they bring to users and also by the economy it generated. One of these technologies is the green roof, which helps to increase the permeable area of the city, and in terms of thermal and acoustic comfort. Another solution is the use of containers to replace masonry in civil construction, which reduces expenditures and construction timing. Previously both solutions were studied experimentally in reduced-scale modules in order to analyze the influence of the substrate thickness on the heat flow. In order to evaluate the influence of the substrate thickness in an environment closer to a real construction, simulations were carried out using the EnergyPlus program to evaluate the internal temperature of an environment with a green roof in its construction and with natural ventilation
Operações de entrega de última milha e coleta de primeira milha isolada vs coleta e entrega intercaladas vs coleta e entrega simultâneas: uma análise comparativa
(2024) Gabelini, Juliana Dombrady
O comércio eletrônico B2C, em constante crescimento, enfrenta desafios logísticos críticos, notadamente no que diz respeito à gestão da "última milha". Este estudo propõe a avaliação do impacto das estratégias de transporte VRPB (Problema de Roteamento de Veículo com Retornos) e VRPSPD (Problema de Roteamento de Veículo com Coleta e Entrega Simultâneas) em comparação com as operações de coleta e entrega isoladas no contexto do comércio eletrônico. Distingue-se pela abordagem holística, considerando todos os custos inerentes, investimentos e, crucialmente, a colaboração vertical entre diferentes níveis da rede de suprimentos. Utilizando uma abordagem de análise de caso comparativa, este estudo investiga três cenários distintos de logística: (1) o modelo de entregas e coletas isoladas, (2) a estratégia de rotas com entregas e coletas intercaladas, também conhecida como Backhaul, e (3) a estratégia de rotas com entregas e coletas simultâneas, referida como Interleaved. Este estudo é de relevância tanto para profissionais do mercado, ao proporcionar insights sobre implementação e vantagens econômicas, quanto para a academia, ao contribuir para o avanço do entendimento sobre otimização logística no comércio eletrônico. Foram avaliados três cenários logísticos distintos: (1) entregas e coletas isoladas, (2) entregas e coletas intercaladas - modelo Backhaul e (3) entregas e coletas simultâneas - modelo Interleaved. A análise revelou que o cenário de entregas e coletas isoladas incide no maior custo, decorrente do elevado número de rotas e da baixa ocupação dos veículos. Em contraste, o modelo Backhaul demonstrou uma redução de 27% nos custos e uma diminuição de 22 veículos, evidenciando uma melhoria significativa na eficiência operacional. O modelo Interleaved apresentou o melhor desempenho geral, com uma redução de 30% nos custos em relação ao modelo Backhaul e 50% comparado ao modelo de entregas e coletas isoladas, além de uma diminuição de aproximadamente 40 veículos
An approach for grouping sentences by semantic similarity using language models and graph theory
(2024) Ramos, João Paulo Oliveira
Revisão da literatura é uma etapa mandatória durante uma pesquisa cientifica. Nesta fase, o pesquisador está constantemente procurando, lendo e filtrando os artigos que são relacionados a seu tópico de pesquisa. Em um cenário em que um número acumulado de artigos encontrados não são de interesse, tempo e energia são gastos sem resultados concretos. Com o crescimento exponencial de informações como noticias, artigos científicos, um campo chamado Sumarização Automática de Texto (SAT) se destaca. Esse campo é uma aplicação da área de Recuperação de Informação (RI), onde um resumo reduzido e compreensivo é extraído ou gerado a partir de um documento. A sumarização manual toma tempo, é custosa e impraticável frente a quantidade de informação textual disponível. O objetivo desse trabalho é criar um modelo semi-supervisionado capaz de criar um resumo compreensivo de um artigo cientifico, agrupando parágrafos em quarto classes: Objetivo, Metodologia, Resultados e Motivação. A metodologia é composta de sete seções, sendo essas: Seção 4.1 que descreve a base de dados utilizada. Seção 4.2 que trata do pre-processamento dos textos utilizados. Seção 4.3 que trata da metodologia utilizada para extrair as palavras chaves dos textos. Seção 4.4 que trata da metodologia utilizada para criar o grafo de palavras que é utilizado pelos modelos. Na Seção 4.5 é apresentada como os parágrafos são distribuídos entre os buckets. Na Seção 4.6 é apresentado como o modelo de N-gramas foi treinado. Na Seção 4.7.3 é apresentado a métrica de Entropia, e como ela é aplicada no técnica de agrupamento dos textos, junto do algoritmo de Dijkstra que é utilizado em um dos modelos de Entropia. Por ultimo é apresentado na Seção 4.8 o modelo de otimização criado para os modelos de entropia. A base de dados utilizada foi gerada pelo crawler criado por Meng et al. (2021) com o objetivo de extrair os artigos do website Emerald (EMERALD. . . , n.d.). Emerald é um publicador de artigos e revistas cientificas, com uma base de dados com mais de 60 mil documentos de diversos campos de estudo. Cada artigo científico dessa plataforma contém um resumo separado em quatro categorias. sendo essas categorias: proposito, método, achados e valores. O proposito descreve o objetivo do artigo, o método a metodologia e tecnologias, achados encontram-se os resultados do trabalho, e valores encontramos as motivações e valores do artigo científico. Nesse trabalho é utilizado uma base de dados reduzida, pois não foi possível obter acesso completo aos dados da plataforma Emerald. Foram utilizados os artigos marcados como Open Access. No total foram utilizados 643 artigos nos experimentos. Os textos foram separados em parágrafos, cada parágrafo sendo uma das categorias citadas anteriormente. A primeira etapa dos preprocessamentos dos dados, é a extração dos parágrafos. Em seguida, é feita lematização e tokenização dos textos. Para selecionar os as palavras chaves que foram utilizadas no segundo modelo de entropia, foi utilizado o algoritmo Summa (BARRIOS et al., 2016). Foram utilizados cinco palavras por categoria de texto. O grafo de palavras foi criado a partir de um grafo bi-direcionado, onde cada nó é uma palavra e as arestas são as quantidades de vezes que uma palavra se conectou com outra palavra. Em seguida foi feita a soma dos pesos das arestas do grafo, gerando um grafo não-direcional apresentado na Figura 2. Com essa contagem de conexões entre as palavras nas arestas, foi feito o calculo da probabilidade conjunta das arestas, gerando o grafo da Figure 4. Em seguida foi feita a transformação das arestas utilizando o logaritmo negativo, para que seja possível utilizar o algoritmo de Dijkstra para encontrar o menor caminho das palavras de um paragrafo, para as palavras chaves que foram definidas anteriormente. Foram criados dois modelos de entropia, um que utiliza apenas a Entropia como métrica de agrupamento dos paragrafos, e outro que utiliza a entropia, o algoritmo de Dijkstra e as palavras chaves para enviesar o agrupamento dos parágrafos. Os modelos são compostos pelo modelo de linguagem N-grama. No total, foram gerados quatro tamanhos diferentes de N-gramas, sendo eles 2-grama, 3-grama, 4-grama e 5-grama. Cada N-grama é chamado de bucket, no total são criados 4 buckets, um para cada categoria de texto. Cada bucket tem como proposito se especializar em um grupo de texto. No caso do modelo que utiliza apenas a Entropia, o agrupamento é aleatório entre os 4 buckets. Já para o modelo que utiliza as palavras chave, cada bucket tem uma categoria de texto pré-definida. O modelo de otimização criado consiste em avaliar se a entropia geral do modelo esta diminuindo ou não. Se a entropia diminuir, o modelo executa a etapa de troca de textos entre os buckets, por outro lado, se entropia se mantiver no mesmo valor, ou for maior, o modelo não executa a troca dos textos entre os buckets. Nessa etapa são selecionados dois buckets aleatoriamente para cada iteração do modelo. Os experimentos são apresentados no Capitulo 5. Onde é avaliado a performance para cada tamanho de n-grama. A curva de otimização dos modelos para avaliar se a entropia. E por final a influencia das palavras chaves com a utilização do algoritmo de Dijkstra no agrupamento dos textos. Por final foram utilizados dois modelos conhecidos na literatura como base de comparação. O modelo K-means, aprestado na Seção 5.4 e o modelo de LSTM (Long short-term memory) apresentado na Seção 5.5. Os resultados desse projeto demonstraram que ambos os modelos de entropia não conseguiram segmentar os textos nas quatro classes previstas, mesmo quando a entropia geral dos modelos estava diminuindo ou da hipótese de que utilizar as palavras chaves e o algoritmo Dijkstra seria melhor para enviesar o agrupamento dos textos. O modelo Kmeans e LSTM também não obtiveram resultados satisfatórios no agrupamento e classificação dos textos. Conclui-se que a entropia não pode ser utilizada como uma métrica de agrupamento de texto quando utilizada junto do modelo de linguagem N-grama. O modelo Kmeans pode ter seus hiper-parâmetros otimizados para uma possível melhora no agrupamento dos textos, o mesmo pode ocorrer para o modelo LSTM, e sua classificação dos grupos de textos.
Otimização do consumo de combustível em comboio de veículos sujeito a percursos envolvendo relevo e curvas
(2024) Oliveira, Rafael Velho de
Segundo as projeções de órgãos internacionais, como as Nações Unidas (UN), e sites de dados estatísticos, como STATISTA, a tendência é que a população mundial cresça, e com isso ocorra também o crescimento da frota mundial de veículos. Dessa forma, a consequência desse crescimento é o aumento da produção dos gases de efeito estufa, principalmente no segmento de transporte, que utiliza veículos pesados. Com isso, faz-se necessário buscar formas alternativas para reduzir essa produção de gases de efeito estufa e melhorar a eficiência do sistema atual, uma vez que não é possível expandir a malha rodoviária. Para alcançar esse objetivo, diversos estudos estão sendo desenvolvidos. Uma das soluções é a adoção da estratégia de comboio, um método de otimização do perfil de velocidade que funciona de forma colaborativa, na qual veículos trafegam em pequenas distâncias entre si promovendo uma redução no consumo, uma vez que diminui a resistência do ar para o caminhão seguidor. No presente trabalho foi considerado a inclusão de veículos que não possuem a tecnologia necessária para formar comboios de forma autônoma, e por isso esses veículos recebem sugestões de velocidades baseadas no cálculo utilizando uma estratégia de controle ótimo. Além disso, o comportamento preditivo do motorista também pode auxiliar na redução do consumo, e por isso foi incluído a dinâmica lateral considerando dois fenômenos comuns em veículos pesados: escorregamento e tombamento. Dessa forma, o motorista tem que se adaptar a elevações e a um trecho em curva que possui uma aceleração máxima lateral considerando o tombamento de um caminhão. Pelos resultados obtidos foi possível concluir que a estratégia proposta influencia o comportamento dinâmico lateral do veículo e seu consumo, reduzindo-o principalmente em percursos com alta variação de inclinação e com curvas. Além disso, em consequência da redução do consumo, é reduzido a emissão dos gases poluentes
Estudo e desenvolvimento de atomizador a gás vaseado no modelo hermiga 75/5 VI (EAC)
(2024-08-18) Silva, Ana Beatriz de Oliveira; Gonçalves, Ana Júlia Morare; Bustamante, Lucas; Moraes, Nicolas Santos de
À medida que a consciência ecológica cresce no mundo industrial, as empresas estão cada vez mais engajadas em adotar soluções que reduzam seu impacto ambiental. Uma alternativa que vem ganhando relevância no cenário atual é a manufatura aditiva (MA) de materiais, também conhecida como impressão 3D. O método consiste na produção de objetos através da deposição de matéria-prima em camadas sucessivas, o que garante a redução no desperdício de materiais e aumento das flexibilidades de produção e prototipagem. Mundialmente, o Brasil representa apenas 2% do mercado mundial de manufatura aditiva. A importação de materiais metálicos não ferrosos utilizados neste processo, por exemplo, conta com altos valores de impostos, o que encarece a produção nacional de peças produzidas com MA de materiais metálicos, tornando-os menos competitivos. Tendo em vista as aplicações do pó metálico no processo de impressão 3D, o alumínio possui uma contribuição notória, sendo um metal versátil com uma boa combinação de leveza e resistência à corrosão. O que o torna ainda mais atrativo é seu ciclo de vida sustentável, tendo uma alta taxa de reciclagem. Segundo estudos realizados pela empresa de consultoria CRU Group (Inglaterra), até o ano de 2030 a demanda por alumínio deve crescer 40%. Por ser considerado um relevante aliado do meio ambiente, tal material está constantemente presente no cotidiano da sociedade, seja por meio de embalagens, produtos elétricos e automotivos. Com base nisso, o projeto AtomA tem como objetivo desenvolver um atomizador a gás para a produção de pó metálico de alumínio. As melhorias propostas consistem no desenvolvimento de um bocal atomizador, um componente crucial para esse processo, e no estudo da viabilidade de construir um equipamento com uma peneira acoplada. Atualmente, o pó metálico passa por um processo de peneiramento posterior à atomização, considerando que para a aplicação em impressões 3D são utilizados grãos de pó metálico com um tamanho entre 20 e 75 micrômetros. A ideia é mitigar a necessidade dessa operação sem prejudicar o processo atual. Para atingir esse objetivo, foram realizadas uma série de simulações térmicas, dinâmicas e estruturais a fim de validar se as mudanças propostas são viáveis para o processo.
Smart driving:
(2024-06-20) Silva, Bruno José Abad Miranda; Vollet, Bruno Liotti; Ferreira, Daniel Rampazzo Bragança; Okada, Gustavo; Zanetti, Heitor Cavalhieri; Ciampone, Pedro de Souza; Massad, Pedro; Gatt, Vitor Assarito; Navarro, Ygor Dalmazo
Quando se pensa em utilização dos recursos naturais, certamente uma das primeiras coisas que vem a mente é a utilização de combustiveis fósseis, visto que os combustiveis são a maior fonte de energia para o transporte de pessoas. No Brasil, um total de 16,1 bilhões de viagens por ano são realizadas por ônibus, sendo esse o transporte coletivo mais utilizado no país, tendo uma frota nacional de 117 mil veículos consumindo uma média mensal de 4000 litros por veículo, isso resulta em um gasto mensal de 2 bilhões de reais. Tendo isso em vista, uma pequena economia de combustível poderia resultar em um grande impacto econômico e ambiental. Segundo Melman (2021), 74,9% da variação do consumo de combustível é definida por três variáveis, perfil da pista, modelo do veículo e modo de condução. Sendo o perfil da pista e o modelo do veículo variáveis não possíveis de manipular, foi escolhido como objeto de estudo o modo de condução, que corresponde a 21,8% da composição do consumo e pode ser definido por parâmetros como rotação do motor, posição do pedal do acelerador, velocidade e aceleração. Pensando na variabilidade e na má condução dos motoristas de ônibus, foi criado o projeto Smart Driving, visando reduzir o impacto do condutor no consumo de combustível através da manipulação do sinal do pedal. Com isso, foi desenvolvido um sistema que pode ser implementado em diferentes ônibus por ser compacto e de fácil instalação. Para o sistema em questão, foi feita simulação integrada pelo Simulink com TruckSim, que considerando a dinâmica do veículo e determinadas condições, pode ser avaliada a influência que o sistema teria no consumo de combustível, mostrando que pode chegar a uma redução de 5,1% pelos parâmetros do teste. Além disso, ainda é apresentado um projeto corretivo para a embreagem utilizada, visto que o sistema pode impactar na sua vida útil. Esse redimensionamento foi realizado buscando o mínimo de alteração no powertrain do ônibus para que assim possa ser facilmente inserido em diferentes modelos.

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