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Toposens ECHO ONE
MEYSENS GmbH
IFOY-Kategorie
Special of the Year
Zusammenfassung
Die MEYSENS GmbH hat den weltweit ersten 3D-Ultraschallsensor Toposens ECHO ONE entwickelt. Basierend auf dem bionischen Prinzip, das die Echoortungstechnik einer Fledermaus nachahmt, bietet er eine robuste, kostengünstige und präzise 3D-Kollisionsvermeidung für mobile Roboter (FTS). Im Gegensatz zu bestehenden Sensortechnologien, die durch Lichtverhältnisse, Reflexionen und Wettereinflüsse beeinträchtigt werden können, bietet es eine 3D-Objekterkennung in Echtzeit, welche autonome Systeme auch in schwierigsten Umgebungen leiten kann.
Beschreibung
Der Toposens ECHO ONE ist ein wegweisender 3D-Ultraschallsensor, inspiriert von den raffinierten Echoortungsfähigkeiten der Fledermaus. Diese innovative Technologie repräsentiert einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der mobilen Robotik und bietet eine einzigartige Lösung für die 3D-Kollisionsvermeidung. Der Sensor nutzt Ultraschallwellen, um die Umgebung in drei Dimensionen zu kartieren und autonomen Systemen präzise Objekterkennung sowie räumliches Bewusstsein zu verleihen.
Der Sensor arbeitet nach dem Prinzip der Echoortung, ähnlich wie Fledermäuse navigieren und ihre Umgebung wahrnehmen. Durch das Aussenden von Ultraschallimpulsen und die Analyse der reflektierten Signale erstellt der Sensor eine Echtzeit-3D-Karte der Umgebung. Dieses umfassende räumliche Verständnis ermöglicht es mobilen Robotern, komplexe Umgebungen mit hoher Genauigkeit und Sicherheit zu durchqueren.
Der Einsatzzweck des Toposens ECHO ONE erstreckt sich über eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Robotik. Von industrieller Automation und Logistik über Serviceroboter bis hin zu autonomen Fahrzeugen verbessert der Sensor die Fähigkeiten von Maschinen, die in dynamischen und unvorhersehbaren Umgebungen arbeiten. Seine Fähigkeit, Hindernisse in drei Dimensionen zu erkennen und zu vermeiden, macht ihn besonders wertvoll für Szenarien, in denen herkömmliche Sensoren an ihre Grenzen stoßen.
Innovation
Die wichtigste Innovation des Toposens ECHO ONE im Vergleich zu Vorgängern ist die Kombination aus einer noch besser an die Anforderungen angepassten Hardware zusammen mit einer intelligenten, proprietären Software (Toposens Processing Unit) mit eigens entwickelten Geräuschfiltern und Algorithmen. Somit wird eine noch bessere Detektion von Objekten im Vergleich zu herkömmlichen 1D-Ultraschallsensoren gewährleistet. Zudem hat er auch noch einen sehr geringen Energieverbrauch, was gerade im permanenten Betrieb entscheidend für die Wirtschaftlichkeit des Systems ist.
Im Vergleich zu ähnlichen Sensorprodukten am Markt: Während optische Systeme wie LiDAR und Kameras auf Licht basieren und somit bei widrigen Umgebungsbedingungen beeinträchtigt werden, nutzt der Toposens ECHO ONE Ultraschallwellen, um die jeweilige Umgebung dreidimensional zu erfassen. Diese Wellen werden von jeglichen Objekten in der Umgebung reflektiert, auch solche mit transparenten, gespiegelten oder dunklen Oberflächen.
Dies ermöglicht eine präzise Echtzeiterfassung von Objekten, die völlig unabhängig von Lichtverhältnissen und Oberflächenbeschaffenheiten funktioniert. Folglich ist das System ideal für Anwendungen im Bereich der mobilen Robotik, wo präzise 3D-Kollisionsvermeidung entscheidend ist. Sogar bei Anwendungen im Außenbereich und bei Regen oder Staubgefahr, was auch die IP67 Zertifizierung belegt.
Marktrelevanz
In der heutigen Industrie 4.0 und Intralogistik 4.0 gibt es mehrere zentrale Anforderungen und Trends, die die Landschaft moderner Industrie- und Logistikprozesse prägen. Einer davon ist die Integration von autonomen Systemen und insbesondere von mobilen Robotern, wie zum Beispiel AGVs und AMRs. Diese Systeme erhöhen die Flexibilität, reduzieren die manuelle Arbeit und verbessern die Genauigkeit verschiedener Aufgaben in der Produktion und Logistik. Um dies zu erreichen, sind diese mobilen Roboter auf Sensoren angewiesen, um ihre Umgebung wahrzunehmen. Derzeit gibt es jedoch keine zufriedenstellende Lösung in Bezug auf die präzise Wahrnehmung der Umgebung bei Entfernungsmesssensoren. Insbesondere im 3D-Ultranahbereich, in dem eine zuverlässige 3D-Kollisionsvermeidung unumgänglich ist. Mit seinem ultraweiten Öffnungswinkel, Mehrfach-Objekt-Erkennung und ohne Blindzone, ist der Toposens ECHO ONE eine kostengünstige, zuverlässige und effiziente Lösung. Mit ihm können die hohen Kosten von Unfällen reduziert werden, was die Sicherheit steigert und den Return on Investment (ROI) von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) erhöht.
Hauptvorteile für den Kunden
Der Hauptvorteil liegt in der akustischen Sensorik selbst, die aufgrund der physikalischen Grundvoraussetzung eine perfekte Ergänzung zu optischen Systemen darstellt. Wo optische Systeme an ihre Grenzen stoßen (siehe oben), erkennt der Toposens ECHO ONE seine Umwelt im Innen- wie auch im Außenbereich, unabhängig von optischen Bedingungen. Aus diesem Grund sollte jeder Hersteller von mobilen Robotern künftig unbedingt nicht nur auf optische, sondern auch zusätzlich auf akustische Sensorik setzen (die sogenannte Sensor-Fusion).
Abgesehen davon ist ein entscheidener USP die Wahrung der Privatsphäre der Mitarbeiter sowie sensibler Daten und interner Vorgänge. Dieser äußerst wichtige Faktor kann von optischen Systemen nicht garantiert werden beziehungsweise im schlimmsten Fall sogar ausgenutzt werden. Aus diesem Grund werden manche Kamerasensoren, aufgrund ihrer potenziellen Verletzung der Anonymität, von Betriebsräten disqualifiziert. Im Zeitalter der Automatisierung ist seitens der Endkunden ein zunehmender Druck auf Hersteller von mobilen Robotern, nicht nur was die Effizienz und Sicherheit des Roboters betrifft, sondern auch die Sicherheit und den Schutz der Privatsphäre des Arbeitnehmers. Der Toposens ECHO ONE garantiert diesen Schutz dadurch, dass er seine Umgebung mittels Ultraschallsignalen, also akkustischer Sensorik, wahrnimmt und nicht mittels optischer Umgebungswahrnehmung.
Technische Daten
Video: 3D Ultrasonic Collision Avoidance System Toposens ECHO ONE®
IFOY Test
| Name | MEYSENS, Toposens ECHO ONE |
| Category | Special of the Year |
| Date of Test | 09. -10. April 2024 |
Testbericht
MEYSENS hat den ersten 3D-Ultraschallsensor der Welt entwickelt: Toposens ECHO ONE. Der Sensor basiert auf bionischen Prinzipien und ahmt die Echoortungstechnologie von Fledermäusen nach.
Die Technologie nutzt Ultraschallwellen und analysiert die reflektierten Signale, um die Umgebung in drei Dimensionen abzubilden. Dabei werden die Flugzeit und der Einfallswinkel des reflektierten Signals berücksichtigt. Das Ergebnis ist eine robuste und präzise 3D-Objekterkennung für autonome mobile Roboter (AMR) und fahrerlose Transportsysteme (AGV).
Herkömmliche Sensortechnologien können durch Lichtverhältnisse, Reflexionen oder Wetterbedingungen negativ beeinflusst werden. Im Gegensatz dazu ist das Toposens ECHO ONE von diesen Faktoren unbeeinflusst. Die gesendeten Wellen werden von allen Objekten in der Umgebung reflektiert, selbst wenn diese transparente, reflektierende oder dunkle Oberflächen haben. Auf diese Weise bietet das System eine Echtzeit-3D-Objekterkennung, die autonome Systeme sicher durch selbst schwierigste Umgebungen führt.
Die Hauptinnovation des Toposens ECHO ONE liegt in der Kombination von maßgeschneiderter Hardware mit intelligenter, proprietärer Software, die speziell entwickelte Rauschfilter und Algorithmen umfasst (Toposens Processing Unit). Diese Kombination führt zu einer verbesserten Objekterkennung im Vergleich zu herkömmlichen 1D-Ultraschallsensoren.
Über die Software können auch Sicherheitszonen eingestellt werden. Das Toposens ECHO ONE erkennt generell alle Objekte bis zu drei Meter vor dem Fahrzeug und in einem Bereich von -70 bis +70 Grad vor dem Sensor. Dabei unterscheidet das System zwischen einer Vorwarnzone - in der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs reduziert wird - und einer Stoppzone - in der das Fahrzeug vollständig zum Stillstand kommt. Bei sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten (ab etwa 30 km/h) wird eine zuverlässige Analyse schwieriger und die Investition lohnt sich nicht. Die Fahrgeschwindigkeiten in der Intralogistik sind jedoch durchweg niedriger und stellen für den Sensor kein Problem dar.
Aufgrund der Zertifizierung wird oft noch ein 2D-Sicherheitssystem benötigt. Gerade die Kombination von beispielsweise einem 2D-Lidar-System und dem 3D-Ultraschallsystem garantiert maximale Sicherheit. Zudem ist das Toposens ECHO ONE deutlich kostengünstiger als bestehende 3D-Systeme. Ein einzelner Sensor kostet rund 1.200 Euro, während bestehende Systeme leicht das Vierfache kosten. Ein weiterer Vorteil der innovativen Technologie ist der Schutz der Privatsphäre der Mitarbeiter sowie sensibler Daten und interner Prozesse. Kamerasensoren können dies nicht gewährleisten. Das Toposens ECHO ONE hingegen tastet die Umgebung akustisch über Ultraschallsignale ab.
IFOY Fazit
Das Toposens ECHO ONE ist eine kostengünstige, zuverlässige und effiziente Lösung, um Unfälle zu vermeiden und die damit verbundenen Kosten zu senken. Das System verleiht AGVs und AMRs ein zusätzliches Sicherheitsgefühl, wodurch die Sicherheit selbst unter schwierigsten Bedingungen weiter verbessert wird.
IFOY Innovation Check
IFOY Innovation Check
Funktionalität / Art der Umsetzung
Toposens ECHO ONE wird als kompakter Sensor zur 3D-Hindernisvermeidung komplementär zum 2D-Laserscanner auf AMR eingesetzt. Ergänzend zur Scanebene des Laserscanners detektiert der Toposens mit einem Öffnungswinkel von bis zu 140° fast im gesamten Raum vor sich 3D-Hindernisse auf bis zu 3 m Entfernung. Durch das Ultraschallmessprinzip werden dabei auch optisch für den Laserscanner nicht erkennbare Hindernisse wie transparente oder spiegelnde Objekte entdeckt. Im Test hat der Sensor bis zu 1 cm dünne und spiegelnde Hindernisse sowie transparente und auch sehr flache Objekte stets erfolgreich bei einer Ortsauflösung von +/- 6 cm erkannt.
Neuheit / Innovation
Der Toposens ECHO ONE ist im Vergleich zu den Vorgängerversionen technisch stark verbessert worden hinsichtlich Messqualität, Filterverfahren und Nutzerschnittstelle. Aktuell ist kein vergleichbares Seriengerät zur 3D-Hindernisvermeidung mittels Ultraschall auf dem Markt erhältlich.
Kundennutzen
Im Mischbetrieb von AMR, manuellen Fahrzeugen und Personen im Lager nehmen Unfälle und Unfallkosten zu. Mit einer Reaktionsgeschwindigkeit von circa 200 ms kann der Sensor 3D-Hindernisse, wie flache Hindernisse auf dem Boden wie Gabelstaplerzinken oder flache Bauteile sowie in der Höhe überstehende Objekte, die immer häufiger zu Unfällen führen und vom Laserscanner nicht erkannt werden, detektieren und Unfälle vermeiden. Mit einem relativ attraktiven Preis bei ca. der Hälfte eines Sicherheitslaserscanners stellt der Toposens ECHO ONE eine sicherheitstechnisch sinnvolle Ergänzung zum Laserscanner dar. Bedingt durch das Ultraschallmessprinzip wahren die Daten des Sensors die Privatsphäre von Personen und die Datensicherheit in kritischen Bereichen. Ein Außeneinsatz ist prinzipbedingt in den meisten Fällen erfolgreich möglich, außer bei zu starkem Wind oder heftigem Schneefall.
Marktrelevanz
Im wachsenden AMR-Markt verlangen immer mehr Kunden eine zusätzliche 3D-Arbeitsraumabsicherung, die über das Niveau der üblichen 2D-Sicherheitslaserscanner hinausgeht. Als derzeit einziger Lieferant von kostengünstigen Seriengeräten zur weitwinkligen und präzise ortsaufgelösten 3D-Arbeitsraumüberwachung vor AMR ist Toposens mit dem ECHO ONE gut aufgestellt. Der Sensor wird bereits bei ersten AMR-OEMs in Serie verbaut und die Technologie wird zunehmend auch bei Endanwendern in Ausschreibungen von AMR-Ausrüstern verlangt. Mit einer zusätzlichen Sicherheitszertifizierung auf Performance-Level d könnte Toposens hier zusätzliche Marktanteile für sich gewinnen.
IFOY Fazit
Im Wachstumsmarkt der AMR steigt bei den Endanwendern aufgrund der Unfallzahlen und Unfallkosten das Bedürfnis nach erweiterter Absicherung im Betrieb. Der Toposens ECHO ONE ist ein preislich attraktiver, aktuell auf dem Markt einzigartiger, zum Laserscanner komplementärer, robuster 3D-Kollisionssensor, welcher ergänzend zum Laserscanner auch herausfordernde Hindernisse mit Eigenschaften wie transparenten oder spiegelnden Oberflächen, in Dunkelheit und im Außenbereich in Echtzeit dreidimensional erfassen kann. Im Test konnten anspruchsvolle Hindernisse im 3D-Erfassungsbereich vor dem AMR bis zu einer Größe von 1 cm zuverlässig erkannt werden.
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Funktionalität / Art der Umsetzung |
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Neuheit / Innovation |
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Kundennutzen |
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Marktrelevanz |
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++ sehr gut / + gut / Ø ausgeglichen / - weniger / -- nicht vorhanden |
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Toposens ECHO ONE
MEYSENS GmbH
IFOY category
Special of the Year
Summary
MEYSENS GmbH has developed the world's first 3D ultrasonic sensor Toposens ECHO ONE. Based on the principle of bionic, mimicking the echolocation techniques of a bat, it delivers robust, low-cost and precise 3D collision avoidance for mobile robots (AGVs and AMRs). Unlike existing sensor technologies, which can be negatively impacted by light conditions, reflections, and weather, it offers real-time 3D object recognition to guide autonomous systems even in the most difficult environments.
Description
Toposens ECHO ONE is a groundbreaking 3D ultrasonic sensor, inspired by the sophisticated echolocation abilities of bats. This innovative technology represents a significant leap forward in the realm of mobile robotics, providing a unique solution for 3D collision avoidance. The sensor employs ultrasonic waves to map its surroundings in three dimensions, enabling precise object detection and spatial awareness for autonomous systems.
It operates on the principle of echolocation, similar to how bats navigate and perceive their environment. By emitting ultrasonic pulses and analyzing the reflected signals, the sensor constructs a real-time, detailed 3D map of the surroundings. This comprehensive spatial understanding allows mobile robots to navigate complex environments with a high degree of accuracy and safety.
The intended use of ECHO ONE spans a wide range of applications within the field of robotics. From industrial automation and logistics to service robots and autonomous vehicles, the sensor enhances the capabilities of machines operating in dynamic and unpredictable environments. Its ability to detect and avoid obstacles in three dimensions makes it particularly valuable for scenarios where traditional sensors fall short.
Innovation
The key innovation of the Toposens ECHO ONE compared to predecessors is the combination of hardware that is even better adapted to the requirements together with intelligent, proprietary software with specially developed noise filters and algorithms (Toposens Processing Unit). This ensures even better detection of objects compared to conventional 1D ultrasonic sensors. Moreover, it features a very low energy consumption, which is crucial for the profitability of the system.
Compared to similar sensor products on the market: While optical systems such as LiDAR and cameras are based on light and therefore struggle in adverse environmental conditions, the Toposens ECHO ONE uses ultrasonic waves to capture the respective environment in three dimensions. These waves are reflected by any objects in the environment, including those with transparent, mirrored, or dark surfaces.
This enables precise, real-time detection of objects completely independent of lighting conditions and surface textures. As a result, the system is ideal for mobile robotics applications where precise 3D collision avoidance is crucial.
Even in outdoor application and in rainy or dusty environments, as evidenced by the IP67 certification.
Marktet relevance
In today's Industry 4.0 and Intralogistics 4.0, there are several key demands and trends shaping the landscape of modern industrial and logistics processes. One of them is the integration of autonomous systems and in particular mobile robots, such as AGVs and AMRs. These systems enhance flexibility, reduce manual labor, and improve the accuracy of various tasks in both manufacturing and logistics. To do this, these mopbile robots rely on sensors to perceive their environment. However, there is currently no sufficient solution to the challenges of sophisticated environment perception in range-finding sensors. Especially in 3D ultra-short-range for highest reliability 3D collision avoidance. With no blind zone, an ultra-wide opening angle and multiple-object detection, Toposens ECHO ONE is a cost-effective, reliable and efficient solution. With our sensor the high costs of accidents can be reduced improving safety in manufacturing environments and increasing the ROI of AGV applications.
Main customer benefits
The main advantage lies in the acoustic sensor technology itself, which is a perfect complement to optical systems due to the basic physical requirements. Where optical systems reach their limits (see above), the Toposens ECHO ONE recognises its environment both indoors and outdoors, regardless of optical conditions. For this reason every manufacturer of mobile robots should in future rely not only on optical but also on acoustic sensors, otherwise referred to as sensor fusion.
Another decisive USP is the protection of employee privacy as well as sensitive data and internal processes. Unfortunately, this extremely important factor cannot be guaranteed by optical systems or, in the worst case, can even be exploited. For this reason, some camera sensors are disqualified by works councils due to their potential breach of anonymity. In the age of automation, there is increasing pressure from end customers on manufacturers of mobile robots, not only in terms of the efficiency and safety of the robot, but also the safety and privacy of the worker. The Toposens ECHO ONE guarantees this protection of privacy as it perceives its surroundings via ultrasonic signals, in other words acoustic sensing, and not via optical environmental perception.
Technical data
Video: 3D Ultrasonic Collision Avoidance System Toposens ECHO ONE®
IFOY Test
| Name | MEYSENS, Toposens ECHO ONE |
| Category | Special of the Year |
| Date of Test | April 9 to 10, 2024 |
Test Report
MEYSENS has developed the world's first 3D ultrasonic sensor: Toposens ECHO ONE. The sensor is based on bionic principles and mimics the echolocation technology of bats.
The technology uses ultrasonic waves and analyses the reflected signals to map the environment in three dimensions. The time of flight and the angle of incidence of the reflected signal are taken into account. The result is robust and precise 3D object recognition for autonomous mobile robots (AMR) and automated guided vehicles (AGV).
Conventional sensor technologies can be negatively influenced by lighting conditions, reflections or weather conditions. In contrast, the Toposens ECHO ONE is unaffected by these factors. The transmitted waves are reflected by all objects in the environment, even if they have transparent, reflective or dark surfaces. In this way, the system provides real-time 3D object recognition that guides autonomous systems safely through even the most difficult environments.
The main innovation of the Toposens ECHO ONE lies in the combination of customised hardware with intelligent, proprietary software that includes specially developed noise filters and algorithms (Toposens Processing Unit). This combination results in improved object detection compared to conventional 1D ultrasonic sensors.
Safety zones can also be set via the software. The Toposens ECHO ONE generally detects all objects up to three meters in front of the vehicle and in a range of -70 to +70 degrees in front of the sensor. The system distinguishes between a pre-warning zone, in which the speed of the vehicle is reduced, and a stop zone, in which the vehicle comes to a complete standstill. At very high driving speeds (from around 30 km/h), reliable analysis becomes more difficult and the investment is not worthwhile. However, the travelling speeds in intralogistics are consistently lower and pose no problem for the sensor.
Due to the certification, a 2D safety system is often still required. The combination of a 2D lidar system and the 3D ultrasonic system, for example, guarantees maximum safety. The Toposens ECHO ONE is also significantly more cost-effective than existing 3D systems. A single sensor costs around 1,200 euros, while existing systems easily cost four times as much. Another advantage of the innovative technology is the protection of employee privacy as well as sensitive data and internal processes. Camera sensors cannot guarantee this. The Toposens ECHO ONE, on the other hand, scans the surroundings acoustically using ultrasonic signals.
IFOY Verdict
The Toposens ECHO ONE is a cost-effective, reliable and efficient solution for preventing accidents and reducing the associated costs. The system gives AGVs and AMRs an added sense of security, further improving safety even in the most challenging conditions.
IFOY Innovation Check
IFOY Innovation Check
Functionality / Type of implementation
The Toposens ECHO ONE is used as a compact sensor for 3D obstacle avoidance to complement the 2D laser scanner on AMR. In addition to the scanning plane of the laser scanner, the Toposens detects 3D obstacles of up to 3 m with an opening angle of up to 140° in almost the entire space in front of it. Due to the ultrasonic measuring principle, obstacles that are not optically visible to the laser scanner, such as transparent or reflective objects, are also detected. In tests, the sensor successfully detected obstacles up to 1 cm thin and reflective as well as transparent and very flat objects at a spatial resolution of +/- 6 cm.
Novelty / Innovation
Compared to the previous versions, the Toposens ECHO ONE has been greatly improved in terms of measuring quality, filtering methods and user interface. There is currently no comparable series device for 3D obstacle avoidance using ultrasound available on the market.
Customer benefit
Accidents and accident costs are on the rise in mixed operations involving AMR, manual vehicles and people in the warehouse. With a reaction time of approx. 200 ms, the sensor can detect 3D obstacles, e.g. flat obstacles on the floor such as forklift forks or flat components, as well as objects protruding at height, which are increasingly causing accidents and are not detected by the laser scanner and prevent accidents. With a relatively attractive price at around half the price of a safety laser scanner, the Toposens ECHO ONE is a useful addition to the laser scanner in terms of safety. Due to the ultrasonic measuring principle, the sensor data protects the privacy of persons and retains data security in critical areas. Due to the operating principle, outdoor use is possible in most cases, except in strong winds or heavy snowfall.
Market relevance
In the growing AMR market, more and more customers are demanding additional 3D workspace protection that goes beyond the level of conventional 2D safety laser scanners. As currently the only supplier of cost-effective series devices for wide-angle and precisely spatially resolved 3D workspace monitoring in front of AMR, Toposens is well positioned with the ECHO ONE. The sensor is already being installed in series production at the first AMR OEMs and the technology is also increasingly being requested by end users in tenders from AMR suppliers. With additional safety certification at performance level d, Toposens could gain additional market share here.
IFOY verdict
In the growth market of AMR, end users have an increasing need for enhanced operational safety due to the growing number of accidents and accident costs. The Toposens ECHO ONE is an attractively priced, robust 3D collision sensor that is currently unique on the market and that complements laser scanners. In addition to the laser scanner, it can also detect challenging obstacles with properties such as transparent or reflective surfaces, in the dark and outdoors, in real time, in three dimensions. In tests, challenging obstacles down to 1 cm in size were reliably detected in the 3D detection area in front of the AMR.
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Novelty / Innovation |
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