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한국과학기술연구원(KIST)은 친환경 소재인 이소불화비닐(PVDF)을 활용해 2018년 기존보다 5배 이상 출력률을 높인 압전 발전 장치를 개발해 화제가 됐다. 이 장치는 가로 30㎝, 세로 30㎝ 면적으로 최대 620.2㎽(밀리와트)의 전기를 생산할 수 있다.
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압전소자에서 발생된 교류를 정류하여 DC로 활용하는 사례입니다.
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압전소자 응용분야의 최적효율 운전연구 – KoreaScience
전력변환기에 대한 연구는. 교류로 발전되는 압전 소자 특성과 공진 특성을 이용한 자가 공. 진 형태로 부하 크기에 따라 발전량이 감소되는 단점을 개선한.
Source: koreascience.or.kr
Date Published: 6/24/2021
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압전 소자 전력 생산량 | 압전 효과란? 압전 소자의 … – Dianhac
압전 소자 전력 생산량 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요. … 압전 소자 압전소자 발전량 압전소자 전압 압전소자 신발 압전 … 주제와 관련된 …
Source: you.dianhac.com.vn
Date Published: 8/9/2022
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압전 소자 전력 생산량 | 압전 효과란? 압전 소자의 제작과 응용 …
압전 에너지 생산량에 영향을 주는 교통 인자를 고. 려하여 발전량 추정, 지도 상에 … 과속방지턱 : 24개의 압전소자, 20 km/h로 주행시 7.61 mW의 전력이 …
Source: ppa.giarevietnam.vn
Date Published: 9/14/2021
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압전 하베스터 성능검증 및 운영전략 수립
압전 에너지 생산량에 영향을 주는 교통 인자를 고. 려하여 발전량 추정, 지도 상에 … 과속방지턱 : 24개의 압전소자, 20 km/h로 주행시 7.61 mW의 전력이 발생함.
Source: www.codil.or.kr
Date Published: 1/27/2022
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[논문]압전소자를 이용한 에너지 발생 장치에 관한 연구
압전소자의 의해 발생되는 출력전력은 교류형식으로 발생된다. 이를 직류 축전용 배터리(슈퍼 캐패시터)에 저장하여, DC-DC컨버터와 벅컨버터에 순차적으로 연결하여 실험 …
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 12/11/2022
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[마이더스] 걸을 때마다 전기 생산? ‘에너지 하베스팅’ – 연합뉴스
진동 발전과 원리는 비슷하지만 적용하기 쉽고 응용분야는 더 넓은 것으로 평가된다. 미국 조지아공대는 압전소자 돌기를 촘촘하게 박은 셔츠를 내놨다.
Source: www.yna.co.kr
Date Published: 4/15/2021
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압전 에너지 하베스팅의 원리 및 소재
(a) 플라스틱 기판에 제조된 BaTiO3 기반의 유연 압전소자,. (b) MIM 구조의 단면 SEM 이미지, … 가 낮아 적은 전력을 소모하는 전기 소자에만 사용될 수 있.
Source: www.cheric.org
Date Published: 1/12/2022
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압전소자 하나로 LED 105개 동시에 번쩍 – 동아사이언스
연구진은 향후 압전박막물질을 3차원으로 적층해 생성전력을 높이고 이를 동물에 이식하는 생체실험을 수행할 계획이다. 이 교수는 “발전효율이 기존의 …
Source: www.dongascience.com
Date Published: 2/3/2022
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- Author: kitschool
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- Date Published: 2014. 10. 3.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=MoVh3AWgxDE
구부리고 밟아서 전기 만드는 ‘압전 발전’···약한 출력은 극복해야 할 과제
[이넷뉴스] 물체를 밟거나, 구부려서 전기를 만드는 ‘압전(Pieroelectronic)’ 발전과 관련해 학계에서 최근 주목할 만한 성과가 나오고 있다. 압전은 외부 압력을 받으면 전하를 생성하는 압전 소자를 통해 전기를 만드는 것이다. 일상에서 다양한 방식으로 활용될 수 있어 차세대 발전 기술 가운데 하나로 꼽힌다. 다만 약한 출력은 극복해야 할 과제다.◇ 마룻바닥으로 전기를 만든다?
스위스 취리히 연방공대 잉고 버거트 교수팀은 지난 10일(현지 시각) 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 목재에 압력을 가해 전기를 일으키는 ‘압전 나노 발전기’ 개발에 성공했다고 밝혔다. 목질부에 있는 리그닌(Lignin) 성분을 없애고 탄성을 높인 뒤, 압력을 가해 음(-)전기의 전자, 양(+)전기의 정공(正孔)을 분극해 전기를 만드는 방식이다.
리그닌은 나무의 세포벽을 구성하는 고분자 화합물이다. 세포를 서로 달라붙게 해 세포벽을 단단하게 만든다. 연구진은 먼저 과산화수소수와 아세트산을 섞은 용액에 발사 나무를 담가 리그닌 성분을 분해했다. 발사 나무는 밀도가 낮고, 세포벽이 얇아 압전이 잘 된다. 리그닌이 사라지고 얇은 셀룰로스층만 남은 발사 나무는 마치 스펀지처럼 탄력이 생겼다.
연구진은 한 면을 1.5㎝ 길이로 다듬은 발사 나무 조각 9개를 붙이고 맨 위와 맨 아래 구리를 덧대 ‘압전 마루’를 만들었다. 마루에 압력을 가하자 1V(볼트) 미만의 미세한 전압이 감지됐다. 연구진은 “마루 면적을 실내 경기장, 대형 무도장 수준으로 넓히면 더 많은 전기를 생산할 수 있을 것”이라고 설명했다. 연구진은 관련 업체와 해당 기술의 상용화를 추진하고 있다.
압전 마루의 원리 (이미지=사이언스 어드밴시스)
◇ 열처리 필요 없는 바이오 나노 발전기
국내에서도 관련 연구가 한창이다. 부산대 나노과학기술대 나노에너지공학과 황윤회, 오진우 교수팀은 지난 1월 미세한 움직임으로 전력을 공급하는 ‘바이오 물질 나노 발전기’ 개발에 성공했다고 밝혔다. 이번 연구의 핵심은 친환경 바이오 물질인 ‘M13 박테리오파지(Bacteriophage)’를 활용해 압전 특성과 변전 특성을 구분한 것이다. 박테리오파지는 세균만 잡아먹는 바이러스를 말한다.
대부분의 나노 발전기는 발전 효율이 높은 무기물 소재를 활용한다. 문제는 무기물 대부분이 생체 독성을 지니고 있거나, 독성 여부가 규명되지 않았다는 점이다. 이에 무기물을 바이오 물질로 대체하려는 시도가 활발했지만, 전기적 특성 규명이 어려워 적용에 애를 먹어왔다. 바이오 물질은 고온에 약하기 때문이다. 전기적 특성 분석은 대부분 높은 온도 내 열처리 작업을 동반한다.
M13 박테리오파지는 표면 단백질 양 끝단이 양전하·음전하로 대전돼 있으며, 나선형으로 비스듬히 배치돼 항상 분극돼 있는 게 특징이다. 무엇보다 열처리 작업이 필요 없다. 연구팀은 “친환경 바이오 소재의 물성 분석 기술을 제시해 앞으로 다가올 바이오일렉트로닉스 시대의 시작점을 알릴 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단의 지원 과제를 통해 수행됐다.
왼쪽부터 부산대 나노에너지공학과 오진우, 황윤회 교수 (사진=부산대)
◇ 의류, 신발, 센서 등 적용 분야 다양
압전 발전이 미래 기술로 주목받는 것은 일상에서 활용도가 높기 때문이다. 의류에 압전 기술을 적용하면 앉은 상태에서도 스마트폰을 충전할 수 있고, 신발에 적용하면 걷는 것만으로 전기를 만들 수 있다. 2012년 부산 지하철 2호선 서면역에는 게임기 형태의 압전 발전기가 설치되기도 했다. 에너지 발판을 연속적으로 강하게 밟으면 전기가 생성돼 스마트폰을 충전할 수 있는 식이다. 현재는 철거된 상태다.
극복 과제라면 낮은 발전 효율이다. 다만 이는 기술 발전으로 조금씩 해결되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST)은 친환경 소재인 이소불화비닐(PVDF)을 활용해 2018년 기존보다 5배 이상 출력률을 높인 압전 발전 장치를 개발해 화제가 됐다. 이 장치는 가로 30㎝, 세로 30㎝ 면적으로 최대 620.2㎽(밀리와트)의 전기를 생산할 수 있다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘어플라이드 에너지(Applied Energy)’ 온라인판에 게재되기도 했다.
한편 압전 기술은 센서 개발에도 활용된다. 지난 2월 한국과학기술원(KAIST) 이건재, 왕희승 박사 연구팀이 인체 귀 달팽이관을 모사해서 만든 인공지능(AI) 음성 센서가 한 예다. 센서에 적용된 사다리꼴 모양의 얇은 막은 주파수별 진동 영역이 달라 특정 주파수 영역에서 큰 폭으로 진동하는 ‘공진 현상’을 일으킨다. 이를 통해 먼 거리 소리도 인식할 수 있게 한다. 해당 기술은 현재 실리콘밸리 IT 기업들과 상용화 공정을 구축하고 있는 것으로 알려졌다.
[이넷뉴스=양원모 기자] [email protected]
압전 소자 전력 생산량 | 압전 효과란? 압전 소자의 제작과 응용 최근 답변 118개
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[00:00] Intro [00:15] 압전 효과란? [01:13] 제작 과정 [02:32] 압전 소자의 종류 [03:10] 애플리케이션#피에조 #압전소자 #압전효과 #piezoelectriceffect #PhysikInstrumente #PICeramic #PIKorea #PI
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Source: koreascience.or.kr
Date Published: 12/20/2022
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Date Published: 10/29/2021
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Date Published: 3/19/2022
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Date Published: 3/9/2022
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Date Published: 10/28/2021
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Date Published: 9/13/2022
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Source: www.dongascience.com
Date Published: 3/25/2022
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Date Published: 10/2/2022
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압전 소자 전력 생산량 | 압전 효과란? 압전 소자의 제작과 응용 58 개의 자세한 답변
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전력변환기에 대한 연구는. 교류로 발전되는 압전 소자 특성과 공진 특성을 이용한 자가 공. 진 형태로 부하 크기에 따라 발전량이 감소되는 단점을 개선한.
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Date Published: 10/3/2022
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Date Published: 6/25/2022
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Date Published: 8/28/2021
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Date Published: 12/3/2022
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전력변환기에 대한 연구는. 교류로 발전되는 압전 소자 특성과 공진 특성을 이용한 자가 공. 진 형태로 부하 크기에 따라 발전량이 감소되는 단점을 개선한. + …
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Date Published: 2/21/2022
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Date Published: 8/10/2021
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압전소자의 의해 발생되는 출력전력은 교류형식으로 발생된다. 이를 직류 축전용 배터리(슈퍼 캐패시터)에 저장하여, DC-DC컨버터와 벅컨버터에 순차적으로 연결하여 실험 …
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Date Published: 6/30/2022
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Date Published: 2/30/2021
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진동에너지는 사람들이 걸어 다닐 때의 바닥 충격, 구조물의 진동, 자전거 폐달 회전 등에서 발생하는 진동 및 충격에너지를 압전소자를 이용해 전력 …
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Date Published: 10/12/2022
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[논문]압전소자를 이용한 에너지 발생 장치에 관한 연구
초록
▼
에너지 사용량이 증가함에 따라 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 여러 방법의 신재생 에너지 발생 방식이 있으나, 압전형 에너지 방식이 상대적으로 높은 출력 밀도를 가지고 있다. 압전형 에너지 방식을 논문의 주제로 선정하였다. 본 논문에서 압전 소자와 DC-DC 컨버터를 사용한 시뮬레이션을 통해 시스템의 동작을 검증하였다. 압전소자의 의해 발생되는 출력전력은 교류형식으로 발생된다. 이를 직류 축전용 배터리(슈퍼 캐패시터)에 저장하여, DC-DC컨버터와 벅컨버터에 순차적으로 연결하여 실험하였다. 압전소자는 부하변동에 대한 압전…
에너지 사용량이 증가함에 따라 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 여러 방법의 신재생 에너지 발생 방식이 있으나, 압전형 에너지 방식이 상대적으로 높은 출력 밀도를 가지고 있다. 압전형 에너지 방식을 논문의 주제로 선정하였다. 본 논문에서 압전 소자와 DC-DC 컨버터를 사용한 시뮬레이션을 통해 시스템의 동작을 검증하였다. 압전소자의 의해 발생되는 출력전력은 교류형식으로 발생된다. 이를 직류 축전용 배터리(슈퍼 캐패시터)에 저장하여, DC-DC컨버터와 벅컨버터에 순차적으로 연결하여 실험하였다. 압전소자는 부하변동에 대한 압전에너지 출력의 반응속도가 느린 단점을 가진다. 출력전력의 품질이 불안정해지는 문제를 보완하기 위해, DC-DC컨버터를 부가적인 보조전원장치로 사용하였다. 실험 결과 압전소자의 출력이 높은 것과 매우 짧은 시간 동안 발생하는 것을 알 수 있었다. Psim을 사용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 기초적인 모델의 압전소자와 DC-DC컨버터를 사용하였다. 특히 압전소자의 제작 공정은 직접 수행하였다. 진동의 세기(하중)에 비례하여, 압전소자는 5~15V의 범위의 전압으로, 0.001mA~0.1mA의 범위의 전류로 일정하지 않은 에너지를 생산하였다. 이러한 특성으로 인하여 압전소자에 의한 출력을 곧바로 사용하는 것은 적합하지 못하였다. 따라서 일단 출력 전력을 축전용 배터리(슈퍼 커패시터)에 저장한 후 사용하였다. 그리고 이를 다시 DC-DC컨버터에 연결하였다. 이러한 과정을 통해 발생한 에너지가 0.7V 15mA 이상의 출력이 필요한 LED를 점등할 수 있을 것으로 가정하고, 이러한 가설을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 진행하였다.
[마이더스] 걸을 때마다 전기 생산? ‘에너지 하베스팅’
압전패드 밟으면 전기가 생산되는 압전패드 위를 지나가는 사람들. 뒤편 화면에 전기 생산량이 표시되고 있다. 페이브젠 제공
이 세상의 모든 현상은 에너지를 발산한다. 조명에선 빛에너지가 나오고, 자동차가 움직이면 진동과 열에너지가 발생한다. 스마트폰과 TV는 전자파 에너지를 방출하고, 걷거나 뛰어도 에너지가 생긴다. 다만, 주워 담을 수 없어서 대부분 사라질 뿐이다.
이처럼 버려지는 에너지를 수확해 전기로 변환하는 기술, ‘에너지 하베스팅’ 연구가 활발하게 전개되고 있다. 특허청에 따르면 2008년부터 2017년까지 10년간 등록된 에너지 하베스팅 특허는 1천370건이나 된다. 특히 2014년 이후 연평균 150건 안팎으로 급증했다.
◇자동차 에너지 효율은 20% 휴대전화는 고작 3%
광고
에너지 하베스팅 관점에서 보면 아깝게 사라지는 에너지가 어마어마하다. 발전소의 경우 생산전력의 48%만 사용되고 52%는 손실된다. 설비가 낡은 발전소는 손실률이 65%나 된다.
자동차의 운행 에너지 효율은 20%에도 미치지 못한다. 나머지는 열과 진동으로 날아가버린다. 휴대전화 사용 시 발생하는 전파도 3%만 사용되고, 97%는 허공에 뿌려진다.
사람도 마찬가지다. 체온이 주변보다 낮으면 열이 빠져나오는데 깨어있을 때는 120W 정도, 잘 때는 75W, 가볍게 움직이면 190W가 손실된다. 만약 힘든 운동을 할 때 버려지는 700W의 1%만 전기로 바꿔도 스마트폰 2대 이상을 충전할 수 있다.
◇즐겁게 춤추면서 에너지도 수확
에너지 하베스팅의 범위는 대단히 넓다. 신체, 진동, 압력, 열, 위치, 빛 등 거의 모든 활동이 에너지원이 된다. 영국 보다폰은 바지와 조끼로 구성된 ‘파워포켓’을 개발했다. 파워포켓을 입고 춤을 추거나 운동을 하면 몸에서 난 열이 전기로 바뀌어 스마트폰을 충전한다.
네덜란드 로테르담의 한 댄스클럽은 무대조명을 공짜로 켜고 있다. 네덜란드 기업 에너지 플로어가 설치한 무대 위에서 사람들이 춤을 추면 진동에너지가 전기로 변환돼서다. 열정적으로 발을 구를수록 조명이 더 현란해져 좋은 반응을 얻고 있다. 에너지 플로어는 박물관, 피트니스센터, 공공시설 등으로 확산하고 있다.
국내 연구진은 미세한 진동도 전기로 변환하는 나노발전기를 개발해 주목을 끌었다. 한국과학기술연구원(KIST)과 경희대 공동연구팀이 만든 나노발전기는 고분자 실리콘 스펀지와 금속으로 구성된 구조다. 흔들거나 주위 진동이 있으면 두 소재가 접촉했다 떨어지기를 반복하면서 정전기가 발생하고 이를 모아 전기를 만드는 원리다. 공정과 구조가 간단해 상용화 전망이 밝다.
파워포켓 입고 춤을 추거나 운동을 하면 몸에서 난 열이 전기로 바뀌는 ‘파워포켓’. 보다폰 제공
◇밟고 지나가면 저절로 발전기 작동
상용화에 가장 가까운 에너지 하베스팅 형태는 압력을 전기로 변환하는 압전장치다. 진동 발전과 원리는 비슷하지만 적용하기 쉽고 응용분야는 더 넓은 것으로 평가된다.
미국 조지아공대는 압전소자 돌기를 촘촘하게 박은 셔츠를 내놨다. 입고 움직이기만 해도 돌기들이 눌리며 전기를 생산한다. 캐나다의 바이오닉 파워는 무릎을 구부릴 때 압전소자에서 전기를 만드는 군인용 장비를 개발했다.
영국 기업 페이브젠은 사람이 많이 다니는 인도에 압전패드를 설치하는 사업을 벌이고 있다. 2012년 런던올림픽에서 테스트를 한 이후 영국의 12개 학교, 미국 뉴욕의 일부 학교에 압전패드를 놓아 전기를 만들고 있다.
일본 JR도 지하철 도쿄역 개찰구에 ‘발전마루’라는 압전기를 설치해 하루 6천W의 전력을 생산하고 있다. 우리나라도 유동인구가 많은 부산 서면역에 압전패드를 놓아 역사의 전기를 충당하고 있다.
최근엔 범위가 자동차로 확장하고 있다. 이스라엘 이노와테크는 인도가 아닌 자동차 도로에 압전기를 깔았다. 압력뿐 아니라 진동과 열도 전기로 변환하는 복합장치로 개발해 효율을 높였다. 편도 2차선 도로 1km에 차량 600여대가 지나가면 250가구에 공급할 수 있는 전기가 생산된다.
한국과학기술연구원도 이소불화비닐을 이용한 도로용 압전기를 개발했다. 출력이 기존 세라믹 압전기보다 5배 이상 높고, 1천만 회 이상 충격에도 기능이 저하되지 않는 게 장점이다. 최근 실험에선 2t 가까운 무게의 차가 시속 80km로 지나가도 이상 없이 작동해 내구성도 합격점을 받았다.
발로 밟아 전기 생산하는 기기 살펴보는 문 대통령 (부산=연합뉴스) 황광모 기자 = 문재인 대통령이 스마트시티 전략발표회에 참석해 발로 밟은 운동에너지를 전기로 만드는 ‘압전에너지’ 기기를 살펴보고 있다. 2019.2.13 [email protected]
◇흐르는 물, 허공의 전파도 에너지원
서울대와 전자부품연구원 공동연구팀은 세계 최초로 샤워기나 변기에서 물이 떨어질 때 발생하는 위치에너지로 전기를 생산하는 기술을 개발했다. 40마이크로리터의 미세한 물방울이 흘러도 LED 전구 3~4개를 켤 수 있는 전기를 생산할 수 있다.
영국 드레이슨 테크놀러지와 런던 임페리얼대는 허공에 떠다니는 와이파이·방송신호·휴대전화 전파 등 다양한 신호를 포착한 뒤 미세전류로 변환해 전자기기를 충전하는 ‘프리볼트’를 고안해 화제가 됐다.
원리는 생각보다 간단하다. 다중대역 안테나로 다양한 무선신호를 포착한 다음, 그 무선신호를 정류기에 흘려 교류에서 직류로 바꿔준다. 직류는 전원관리모듈에 공급돼 전압을 올리고 배터리 충전에 쓰인다.
또 미국 오하이오주립대는 스마트폰의 전파를 다시 흡수해 배터리 효율을 최대 30% 높이는 스마트폰 케이스를 개발하기도 했다.
김영대 기자 [email protected]
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