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Zeiss Solar Window: エネルギー源としての窓は目に見えません - その仕組みは最初に想像していたものとはまったく異なります

Zeiss Solar Window: エネルギー源としての窓は目に見えません - その仕組みは最初に想像していたものとはまったく異なります

Zeiss Solar Window: エネルギー源としての目に見えない窓 - その仕組みは最初に疑うものとは完全に異なります - 画像: Zeiss

Zeiss Solar Window: 建物などの目に見えないエネルギー源

ソーラーウィンドウの再考: ツァイスが驚きの効果をもたらすエキサイティングなソーラー技術を発表

「ツァイス ソーラー ウィンドウ: エネルギー源としての窓、そして目に見えない窓 – その仕組みはあなたが思っているのとはまったく異なります。これを念頭に置いて、有名な光学会社ツァイスは、ラスベガスで開催された CES 2025 で、私たちの見方を変える注目すべきテクノロジーを発表しました。」窓、太陽光発電技術、エネルギー効率が根本的に変わる可能性があります。このイノベーションでは、ホログラフィック素子とマイクロ光学素子を組み合わせて使用​​し、窓ガラスの外観や透明度を大きく変えることなく、窓枠内の太陽電池に太陽光を直接当てます。持続可能なエネルギー供給ソリューションについて世界中で集中的な取り組みが行われている現在、ツァイス ソーラー ウィンドウは、建物をより効率的で環境に優しく、同時により美しいものにするための先駆的な一歩となる可能性があります。以下では、アプリケーション、利点、潜在的な課題を強調しながら、その仕組みを詳細に説明します。さらに、Zeiss Solar Window が純粋なエネルギー生成を超えて、スマート グラスの分野でさまざまなイノベーションをどのように実現できるかの例が示されています。

基礎となるテクノロジー: ホログラフィーとマイクロ光学

Zeiss Solar Window のハイライトは、ガラスに組み込まれた特殊なフィルムの使用です。この微細光学構造フィルムは、入射太陽光の一部の方向を変え、特に赤外線および近赤外線範囲の光が窓枠内の太陽電池に向けられるようにします。可視光の大部分は透明なままであるため、窓は外側からできるだけクリアに見えます。ホログラフィーは、ターゲットを絞った干渉パターンを使用して光を特定の方向に偏向させることで機能します。ホログラフィック効果は印象的な光の演出や色の変化でよく知られていますが、ツァイス ソーラー ウィンドウでは可視光スペクトルの大部分が変化せずに通過できるため、これらはほとんど見えません。

「従来の」太陽電池では、太陽光はシリコンまたはその他の半導体ベース上の可能な限り広い領域で捕らえられ、電気エネルギーに直接変換されます。対照的に、Zeiss システムは、大幅に小型ながら高度に特殊化された太陽電池で動作します。これは窓のフレームに組み込まれており、ツァイスによれば、従来の太陽電池の最大 20% の効率を達成します。アクティブな太陽電池の面積が比較的小さいため、このタイプのアプリケーションではこれは注目に値します。秘訣は、赤外線をより小さな領域に集中させて集中させることにあります。これは、より小さな活性領域にもかかわらず、かなりの量のエネルギーを得ることができることを意味します。

不可視性と透明性

ガラスの革新に関する最も重要な疑問の 1 つは、「この新しい技術は視認性やデザインに影響を与えるのでしょうか?」というものです。エネルギー源として窓を使用するこれまでの試みでは、透明性が犠牲になることがよくありました。窓が大幅に暗くなったか、特定の照明条件で色が付いているように見えました。太陽電池の統合は、たとえばガラス内の目に見える導体トラックによる光学的障害を引き起こすこともよくありました。

一方、ツァイスは、マイクロ光学フィルムは実質的に目に見えず、95パーセント以上の光透過率を維持する必要があると強調している。 「従来のウィンドウの外観が大きく変わらないようにするために、多くの開発作業を行ってきました」と同社関係者は述べています。建築家や建設業者にとって、建物の外観が技術革新によって損なわれないことが不可欠であるため、美的観点から見ると、これは決定的な進歩です。実際にツァイスが示唆するようにこの技術をシームレスに統合できれば、ガラス張りの現代的な超高層ビルから小規模な住宅用建物に至るまで、建物に広く使用できるまったく新しい可能性が開かれる可能性がある。

エネルギー生成と温度調節

ツァイス ソーラー ウィンドウの主な利点は、その二重の持続可能な効果です。一方では電気が生成され、他方ではフィルムが室温を調節できます。特に赤外線は熱エネルギーを輸送するため、室内空間の加熱に貢献します。この赤外線の一部が太陽電池に偏向すると、建物内に侵入する熱が少なくなります。その結果、特に暑い地域では室内環境にプラスの効果がもたらされ、エアコンの必要性を減らすことができます。

あらゆる太陽光線が捕捉されて電気に変換されるため、建物全体のエネルギー効率が向上します。ツァイスが目指している同等の太陽電池の最大 20% という効率は、一見すると息を呑むようなものではないかもしれませんが、これは設置する必要がある巨大なガラス面の使用を伴う技術であることを忘れてはなりません。使用されます。全体として、これにより、特に大量のエネルギーが大量に生成され、建物全体のバランスに貢献します。

建物内およびそれ以外の用途の可能性のある分野

ツァイスはプレゼンテーションの中で、ソーラーウィンドウのさまざまな応用分野を強調しています。大きなガラスのファサードを備えたクラシックなオフィスビルは、窓の面積が広いため理想的です。現代の都市では、前面が全面ガラス張りになっている超高層ビル、または少なくとも複数階建てのオフィス複合施設が一般的です。フロアが追加されるたびに、グリーン エネルギーの生成に使用できる潜在的な面積が増加します。さらに、窓のサイズに関係なく、他の太陽光発電技術(屋根など)と組み合わせて電力供給の高度な自給自足を確保できる住宅用建物もあります。

もう 1 つの興味深い分野は、天蓋、パティオの屋根、さらにはカーポートなどの屋根です。現在、これらの表面は、光が通過できるように透明または半透明になるように設計されていることがよくあります。同時にエネルギーを生成してみませんか? 「目に見えない」ソーラーガラスは、特にデザインにある程度の明るさが必要で、そのエリアが主に降水から保護されることを目的としている場合に魅力的な選択肢です。

天窓や天窓も、通常は急な角度から直射日光が当たるため、使用に最適です。一方、ウィンターガーデンは、このイノベーションによって日光があふれるだけでなく、同時にエネルギーをプラスになるように設計することもできます。従来の太陽電池を傾斜面または水平面に設置しても良好な収量を達成できますが、ウィンターガーデンでは多くの場合、可能な限り鮮明な視界が必要です。ここでは、赤外線のみをリダイレクトするホログラフィック フィルムが最適です。

技術的な課題

このテクノロジーは印象的に聞こえますが、大規模な規模での技術的な実現可能性について疑問が生じます。一方で、ホログラフィック フィルムは大型ガラス板に均一に貼り付ける必要があります。これまでのところ、ホログラフィック要素は小規模な範囲でしか知られていません。ここでは、大量・大寸法でも安定した品質を保証する生産技術を確立する必要があります。

さらに、窓枠に使用される太陽電池は特別な課題にさらされています。性能が過度に低下することなく、熱、寒さ、湿気、その他の環境の影響に耐える必要があります。ツァイスはこのことを認識しており、堅牢かつ長期にわたるセルの統合を可能にする材料科学における長年の研究に言及しています。それでも、この技術が量産化され、全面的に使用できるようになるまでには、おそらくしばらく時間がかかるでしょう。

経済的側面とコスト効率

ツァイス ソーラー ウィンドウの市場での成功のもう 1 つの重要な基準は、費用対効果の問題です。たとえアイデアが魅力的であっても、建設業者、建築家、投資家はコストとの関連で付加価値を確認する必要があるからです。ツァイス自身の声明によると、ツァイスはこの技術をシステムサプライヤーとして他のメーカーにも提供する予定だという。これは、ツァイスが微細光学構造フィルム、統合太陽光発電技術、エレクトロニクスを供給し、窓メーカーが窓全体の生産を引き継ぐことを意味する。このようなライセンス戦略は業界では一般的であり、新しいテクノロジーをより迅速に普及させることができます。

ただし、Zeiss Solar Window のコストが、通常の窓と屋根に従来の PV システムを追加した場合よりも大幅に高ければ、潜在的な顧客を説得するのはさらに困難になる可能性があります。一方、ファサードへの早期統合は、建設業者が従来の PV モジュールなしで対応できるか、少なくとも必要なスペースが少なくなる可能性があることを意味します。さらに、再生可能エネルギーに対する支援プログラムや政府の奨励金により、市場への参入が容易になります。

建築の美的革新と付加価値

興味深いトピックは、建築家やデザイナーがどのように Zeiss Solar Window を使用できるかということです。実際にほとんど目に見えない形でテクノロジーを統合することができれば、新たなデザインの可能性が開かれるでしょう。ガラス張りの建物シェルは、近代建築において長い間標準的でした。 Zeiss システムを使用すると、外壁だけでなく、屋内または屋外の芸術的なガラスのインスタレーション、ガラスの手すり、さらには特殊なガラスの床にも、空間の感覚に影響を与えることなく太陽電池を取り付けることができます。

さらに、ツァイスはこの技術が長期的に拡張できることを約束します。ホログラフィック フィルムはさまざまなスペクトル範囲に適応できるため、おそらく建築家は追加の効果を生み出すことができます。建築上の特定のアクセントを設定するために、日中はエネルギーを収集し、夕暮れ時には落ち着いた光で輝くガラス表面を検討することも考えられます。これにより、まったく新しい美学と照明のコンセプトが生まれる可能性があります。

 

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詳細については、こちらをご覧ください:

目に見えないテクノロジー: ホログラフィック センサーとディスプレイはガラス市場を征服できるでしょうか?

将来ビジョン:「多機能スマートグラス」

ツァイスはホログラフィーの「グーテンベルクの瞬間」について語ります。今日のホログラムは特殊な用途に限定されることが多いですが、エネルギー生成だけでなく他のスマート機能も統合された多機能ガラス市場が出現する可能性があります。同社はすでにCESで、目に見えないカメラやセンサーを同じガラスパネルに搭載できることを示している。車両の運転支援システムをもっと目立たないようにしたり、建物の監視カメラを実質的に見えなくしたりすることもできるだろう。

もう 1 つのハイライトは、ホログラフィック ディスプレイです。ツァイスは「追加の設置スペースをとらずに、フロントガラス上での拡張現実ディスプレイを実現できる」と声明で述べた。これは、運転情報をドライバーの視界に直接投影するフロントガラスを車に装備できる可能性があることを意味します。この機能は、現在多くのスペースを占めるかさばる投影装置を使用せずに、他の交通手段や機械にも使用できます。

インテリアのインテリジェント照明のアイデアも魅力的です。日中に集めた光を利用して、夕方に昼光のような雰囲気を作り出してみてはいかがでしょうか。特別なホログラフィック要素の助けを借りて、目に見える照明を設置しなくても、どこからともなく光が部屋を照らすことができます。このようなコンセプトはまだ構想にすぎませんが、このテクノロジーがどのような可能性を開発できるかはすでに明らかです。

持続可能性と環境保護の観点

新しい太陽光技術の開発における最大の推進力の 1 つは、化石燃料を置き換えて世界の CO₂ 排出量を削減することが緊急に必要であることです。ガラス表面を大規模なエネルギーとして使用することができれば、ツァイス ソーラー ウィンドウはここで重要な貢献を果たす可能性があります。現代の都市は巨大な窓面を特徴としていますが、これまでは光を室内に取り込むか、建物の美観を高めるだけでした。これらの窓も発電すれば、全体に占める再生可能エネルギーの割合が増加します。

もう 1 つの環境上の利点は、赤外線の方向を変えることによって建物の冷却が削減されることです。これにより、空調に必要なエネルギーが削減されます。世界の多くの地域では、特に気候変動と世界平均気温の上昇の時代において、建物の冷却がますます重要になっています。 Zeiss Solar Window は、ここで顕著な軽減をもたらす可能性があります。

もちろん、最終的な環境バランスは製造プロセスにも依存します。マイクロ光学素子、ホログラフィー、太陽電池の製造には資源とエネルギーが消費されます。しかし、ツァイスのような企業は、これらのプロセスをより効率的かつ持続可能なものにするために取り組んでいます。長期的には、エネルギー生成を統合したガラスファサードの寿命が延びることで、初期製造コストと環境負荷が償却される可能性があります。

スマートビルディングへの統合

スマート ビルディングは、建築および建築テクノロジーの成長分野です。センサー、アクチュエーター、スマート システムを使用して、エネルギー要件、空調、照明、セキュリティを自動的に制御します。 Zeiss Solar Window は、これらの開発に完全に適合します。一方ではエネルギーを供給し、他方では、統合されたセンサーとカメラが追加機能を担うことができます。たとえば、光の入射角の測定、熱供給の分析、内部の照明、さらには照明時の自動シェーディングの制御などです。日差しが強くなりすぎます。

ビル管理テクノロジーと組み合わせることで、個々のウィンドウを動的に最適化できます。さらに将来のことを考えれば、窓が外部の照明条件をリアルタイムで検出し、必要な場合にのみ太陽エネルギーを取り入れることが想像できます。同時に、余剰光はバッテリーの充電やマイクログリッド内の他のシステムの動作に使用でき、建物をほぼ自給自足できるようになります。

他のテクノロジーとの相乗効果の可能性

革新的な再生可能エネルギーの世界では、ツァイス ソーラー ウィンドウだけが活躍しているわけではありません。ますます多くの新興企業や老舗企業が、透明な太陽光発電ソリューション、有機太陽光発電、またはその他の形式のエネルギーを生成するガラス表面に取り組んでいます。 Zeiss システムは、そのマイクロ光学およびホログラフィックの方向性により独自のユニークなアプローチを採用していますが、他の開発との相乗効果もまだ考えられます。

たとえば、窓に統合された太陽電池を熱回収システムと組み合わせることができます。冬に入射光が熱に変換される場合、このエネルギーは目標を絞った方法で蓄えることができます。スマート ビルディングでは、センサーを使用して熱を吸収または放出するタイミングを決定できます。このような窓を備えた車両、建物、インフラをネットワーク化することも考えられます。電気自動車を窓の前に直接駐車し、無線またはプラグイン経由で電力を供給することも可能です。

目に見えないカメラとセキュリティ アプリケーション

ツァイスは、多機能スマート グラス技術により、カメラとセンサーをガラス板に目に見えない形で統合できる可能性も強調しています。これは、公共の建物の監視カメラ、空港や駅のセキュリティ ソリューション、さらには車両の運転支援システムなど、多くの分野で使用できる可能性があります。 「カメラが見えないと、デザインがより調和し、機能が拡張されます」とツァイスは言います。

同時に、目に見えないカメラは、データ保護とプライバシーの分野で新たな問題を引き起こします。企業や当局が窓ガラスに見えないようにカメラを設置する場合、十分な表示と法的枠組みがあるかどうかという問題が生じます。そのため、スマートテクノロジーを日常環境にどこまで統合するかについては、技術的な議論だけでなく、社会的、倫理的な議論も行われています。

拡張現実のためのホログラフィック ディスプレイ

Zeiss Solar Window の特に未来的な外観は、ガラス上にホログラフィック ディスプレイを作成できる機能です。窓の外を見ることを想像してみてください。まるで SF 映画のように、天気予報、気温、時間、あるいは建物の輪郭や街路の情報を視界に投影する拡張現実のレイヤーなどの情報が表示されます。

一般家庭だけでなく、産業や商業もその恩恵を受けることができます。生産施設では、追加のモニターやタブレットを必要とせずに、ガラスパネルを使用して作業指示やリアルタイムデータを表示できます。ヘッドアップ ディスプレイの話題は自動車業界ではすでによく知られていますが、従来のシステムではすぐにスペースと統合オプションの限界に達してしまいます。目に見えるプロジェクターを必要としないフロントガラスのホログラフィック ディスプレイは、メーカーにとって非常に魅力的になる可能性があります。

メンテナンスと寿命

このようなイノベーションの維持と寿命は、実用化にとって重要な要素です。従来のガラス表面は、内部に影響を与えることなく定期的に掃除できます。しかし、Zeiss Solar Window では、インテリジェント フィルムがガラス パッケージに組み込まれているため、理想的には環境の影響から永続的に保護されます。ただし、温度変化や紫外線は長年にわたってその痕跡を残す可能性があります。

窓枠に組み込まれた太陽電池も、湿気や強い温度変化に耐えられる設計が必要です。ここで、メーカーはセルが長年にわたって機能し続けることを保証する必要があります。ツァイスは技術への信頼を高めるために保証や認定を提供する可能性が高い。最終的に、経済的な実行可能性は、システムが効率を大幅に損なうことなく電力を供給できる時間に大きく依存します。

組み立てと改造

新しい建築プロジェクトでは、窓は計画段階ですでに考慮されているため、Zeiss Solar Window の統合は比較的簡単です。しかし、既存の建物の場合は改修の問題が生じます。理論的には、すでに大きな窓領域がある建物に新しい窓を設置することができます。ただし、これはかなりの量の変換作業を意味するため、改修の経済的実行可能性を慎重に検討する必要があります。

それにもかかわらず、たとえば窓を交換する必要がある大規模なオフィス複合施設を改修する場合など、魅力的なパイロットプロジェクトが存在する可能性があります。このような場合、ツァイス ソーラー ウィンドウを古い窓の代わりに直接取り付けることができ、改修後の建物は部分的にエネルギーを自給自足し、最新の技術を導入することができます。ただし、窓を数枚交換するだけの個人住宅所有者にとっては、達成可能なエネルギー収量が価格に見合ったものであるかどうかはまだ確認されていません。

古典的な太陽電池モジュールとの競合?

そこで生じる疑問は、Zeiss Solar Window が従来のソーラー モジュールと競合するのか、それとも従来のソーラー モジュールに取って代わることさえできるのかということです。現実的には、それはさらに追加されるでしょう。屋根上の従来の太陽光発電モジュールは、依然として比較的低コストで高い効率を実現しています。一方、Windows は主に可視性のために使用されるため、他の要件を満たす必要があります。ただし、ツァイス ソーラー ウィンドウは、特に屋根スペースが限られている場合や、すでに大きなガラス面がある場合に、追加のエネルギー源を開拓できます。

さらに、高層ビルの屋根がすぐに収容能力の限界に達してしまう都市部では、ファサードも使用することが非常に理にかなっています。屋根用太陽光発電システムとソーラーウィンドウを組み合わせることで、太陽エネルギーを最大限に利用することができ、特に貯蔵技術がさらに拡張された場合には、建物のエネルギー自給自足を保証することさえ可能になります。

潜在的な市場とグローバルな視点

建築およびエネルギー技術の世界市場は巨大です。特に、アジア、アフリカ、南米の一部など、日射量が多い地域では、発電用の窓ソリューションの需要が非常に高くなる可能性があります。同時に、冷却の必要性も高くなりますが、ツァイス ソーラー ウィンドウは赤外線の方向を変えることで冷却の必要性を軽減できます。

持続可能性とエネルギー効率に厳しい法的要件があるヨーロッパでも、建築家や建設業者は気候に優しい建物を建設するための革新的なソリューションを常に探しています。特に新しい建物では、エネルギー効率の基準が常に引き上げられており、最新の太陽光発電技術の統合が事実上必須となっています。これは、透明性、効率性、美しさの点で約束された特性を実際に満たす限り、ツァイスのような企業が自社のシステムを世界中で販売できる大きな可能性があることを意味します。

市場投入の課題

Zeiss Solar Window が有望に見えても、もちろん克服すべき課題はあります。前述の生産能力とコストの問題に加えて、顧客のメリットも正確に伝える必要があります。多くの潜在的な購入者は、最初は新しいテクノロジーに懐疑的です。効率、寿命、メンテナンス、回収期間に関する具体的なデータが必要です。

アーキテクチャと規制の観点からテクノロジーを保護する必要もあります。新しいタイプのファサード要素は、すべての国ですぐに許可されるわけではありません。防火、静電気、建物の断熱に関する建築基準と規制を遵守する必要があります。太陽光発電窓の配線に関する電気規制も過小評価すべきではありません。したがって、ツァイスはこの技術を迅速に市場に投入するために、規格や承認機関と緊密に連携する必要がある。

ビジョン: 未来の発電所としての建物

中央発電所モデルから分散型エネルギーネットワークへの移行が進む世界では、建物をより小さな発電所に変える技術には大きな可能性があります。ツァイスは、Solar Window でこの方向への一歩を踏み出しています。高層ビルのすべての窓が電気を生成し、この電気がインテリジェントなマイクログリッドに分散または蓄電されれば、分散型エネルギー供給のアイデアに近づきます。

同時に、地産地消を連携することで電力網の負担も軽減されます。オフィス ビルは、照明、空調、コンピューター システムなどの電力需要を部分的にまかなうことができます。屋上の太陽電池、地熱エネルギー、都市部の風力タービンなどの他の再生可能エネルギー源と組み合わせることで、エネルギー転換の推進に役立つ組み合わせが生まれます。ツァイスのソーラーウィンドウは、この文脈においてパズルの重要なピースです。

イノベーションの原動力であるツァイスと協力の機会

Zeiss は世界的に有名な企業で、当初は主に高品質の光学システムによって名声を博しました。ツァイスは、カメラ レンズや顕微鏡に加えて、長年にわたって幅広いハイテク アプリケーションをカバーしてきました。 Solar Window の開発は、同社が光学、マイクロ光学、材料科学の専門知識を活用してまったく新しい市場を開拓していることを示しています。

協力パートナーの観点からすると、ツァイスが大手ガラスメーカー、建築事務所、不動産開発業者、エネルギー部門と緊密に連携することは当然です。このようにして、テクノロジーが実用化されている様子を示すパイロットプロジェクトを実施できます。研究機関や大学も、建物の生態学や都市のエネルギーバランスへの影響を調査するために、そのような協力に興味を持つ可能性があります。

「グーテンベルクの瞬間」を超えて。

ツァイス自身は、ホログラフィー技術の可能性を説明するために「グーテンベルクモーメント」という用語を使用しています。ヨハネス・グーテンベルクは書籍印刷に革命をもたらし、知識の急速な普及を保証しました。同様に、安定したコスト効率の高い大量生産のガラス用ホログラフィーが利用可能になれば、幅広い分野でのイノベーションの促進につながるはずです。太陽エネルギーや車両技術からエンターテイメント、教育、医療に至るまで、将来どのような産業や用途でホログラフィック システムが使用されるようになるかは興味深いでしょう。

課題は、市場の期待に応えながら、この技術的リードを持続的に構築することです。ツァイスが生産コストを削減し、システムの信頼性を証明できれば、ソーラーウィンドウが実際に普及する可能性がある。これにどれくらいの時間がかかるかは、研究開発の進捗状況だけでなく、市場の需要、政治情勢、原材料の入手可能性などの外部要因にも左右されます。

持続可能な未来への窓

「ツァイス ソーラー ウィンドウ: エネルギー源としての目に見えない窓。その仕組みはあなたが思っているのとはまったく異なります。このスローガンは、単に光を通すだけではない、それ以上のことができる窓が私たちを次の方向へ導く可能性があるという考えの核心を突いています。」より持続可能な未来を。ホログラフィー、マイクロ光学、高度に特殊化された太陽電池の組み合わせにより、エレガントで効率的で環境に優しい技術が約束されます。同時に、ガラスが単なる受動部品ではなく、エネルギー生成、環境制御、情報表示において積極的な役割を果たす世界への扉が開かれます。

Zeiss Solar Window がより広範な市場で普及するかどうかは、時間が経てばわかります。建物が、統合センサーと再生可能エネルギー技術が自然な役割を果たす「スマート環境」になりつつあることを示唆するものはたくさんあります。この技術を費用対効果が高く、堅牢に製造できれば、エネルギーを生成するファサードの夢も手の届くところにある可能性があります。それだけではなく、目に見えないセンサー、ホログラフィック ディスプレイ、インテリジェント照明などの他の考えられるアプリケーションも、「多機能スマート グラス」に特別な魅力を与えます。

エネルギーへの渇望が増大し、気候に優しい解決策を求める闘争が特徴の世界では、美しさと機能を調和して組み合わせるイノベーションはマイルストーンとなり得ます。 Zeiss Solar Window は、そのようなマイルストーンに向けて順調に進んでいるように見えます。それは、建築、デザイン、持続可能なエネルギー生産に新たな視点をもたらします。そして、いつの日か、たとえ最も目立たない窓であっても、低炭素社会への道を一歩進めることができる都市に私たちが住むようになるという希望を私たちに与えてくれます。

 

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