A ROBÓTICA NA PERSPECTIVA DO ENSINO POR PROJETOS: RELATO DE UMA EXPERIÊNCIA ABORDANDO CIÊNCIA, TECNOLOGIA E SOCIEDADE

## A ROBÓTICA NA PERSPECTIVA DO ENSINO POR PROJETOS: RELATO DE UMA EXPERIÊNCIA ABORDANDO CIÊNCIA, TECNOLOGIA E SOCIEDADE

* Jefferson Pereira Cezar , Juliano Aparecido Hernandes , Márlon Pessanha³. 1 2

- 1 UFSCar/ Departamento Metodologia de Ensino, jefferson.p.cezar@gmail.com
- 2 UFSCar/ Departamento Metodologia de Ensino, juliano\_physis@hotmail.com
- 3 UFSCar/Departamento Metodologia de Ensino, pessanha@ufscar.br

## Resumo

O presente trabalho traz um relato de uma experiência desenvolvida no âmbito da educação pública estadual de São Paulo, envolvendo o desenvolvimento de um projeto denominado 'sucata robótica', o qual permitiu a discussão de diferentes aspectos de natureza científica, tecnológica e social, culminando ainda com a participação de alunos na Olimpíada Brasileira de Robótica (OBR). A atividade, que contou com a participação de alunos do Ensino Médio de uma escola da cidade de São Carlos-SP, foi desenvolvida segundo a metodologia de ensino por projetos, tendo como ponto de partida uma situação geradora (o problema no descarte de lixo eletrônico) e uma proposta motivadora (possível participação na OBR). No desenvolvimento do projeto, os alunos tiveram contato e discutiram sobre diferentes aspectos científicos, tecnológicos e sociais, como o impacto do lixo eletrônico, a reutilização de partes de dispositivos eletrônicos, lógica de programação, robótica e automação, princípios de funcionamento e conceitos físicos envolvidos em diferentes sensores, componentes eletrônicos, motores, e equilíbrios estático e dinâmico de robôs. Os alunos participantes, além de assumirem uma postura ativa no projeto, foram capazes de construir robôs e puderam participar das Olimpíadas Brasileiras de Robótica, no primeiro semestre de 2016. Além disso, como um desdobramento do projeto, no 2º semestre do ano de 2016 se envolveram na construção de diferentes dispositivos apresentados em uma feira de conhecimentos.

Palavras-chave : CTS, Metodologia de projetos, Olimpíadas de Conhecimento, Robótica, Arduino.

## Introdução

- O cidadão com um domínio limitado de conhecimentos científicos e tecnológicos, e com um conhecimento reduzido sobre os impactos sociais e ambientais da/na ciência e tecnologia, inevitavelmente não participa de forma integral das discussões da sociedade contemporânea e, além disso, pode ter a sua ação crítica limitada.

Conforme destacam Bortoletto e Carvalho (2009, p. 258), alguns pesquisadores, ao se referirem às relações entre Ciência, Tecnologia, Sociedade e ambiente (CTSA), têm defendido um tratamento mais acurado e holístico que contribua para a aculturação científica, em termos de raciocínio crítico. No mesmo sentido, ao elencar diferentes autores, Vianna e Bernardo (2012) apontam que o enfoque Ciência-Tecnologia-Sociedade (CTS) se apresenta como uma alternativa humanista para o ensino de ciências, a qual envolve o letramento científico e uma formação que possibilita aos alunos lidar com temas controversos, considerando aspectos sociocientíficos.

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Conforme destaca Carvalho (2005), há uma necessidade de os alunos participarem de projetos que envolvam aspectos relativos à Ciência e Tecnologia, assim como seus impactos ambientais. Neste sentido, um caminho possível que se apresenta é um ensino orientado a projetos , o qual pode permitir uma mudança na forma como os alunos percebem a conexão entre a ciência, a tecnologia, a sociedade e o ambiente. Além disso, tal abordagem promove interações e dinâmicas de trabalho em grupo, ao mesmo tempo em que se torna possível um contato 'prático' com as áreas de conhecimento de interesse e ou afinidade, auxiliando os alunos, inclusive, na escolha do seu futuro profissional.

Um exemplo de iniciativas que, dependendo de como são executadas, pode ser compatível com o ensino por projetos, são as chamadas olimpíadas de conhecimento . Tais eventos, que são fomentados por instituições de pesquisa e ensino, e que ocorrem em espaços acadêmicos de vanguarda com grande divulgação midiática, proporcionam muitas vezes o primeiro contato dos alunos com Universidades e Institutos. Além disso, a participação de alunos nestes eventos pode permitir um acesso a um conhecimento mais prático e próximo de situações reais, que vai além do que muitas vezes é abordado nas escolas.

No presente trabalho, apresentamos o relato de uma experiência envolvendo a discussão de conceitos científicos e tecnológicos, levando em conta a relevância social de tais conceitos. A experiência que relatamos se deu no âmbito de um projeto executado em uma escola pública da cidade de São Carlos-SP, o qual teve como um dos seus motivadores a possível participação, que se concretizou, de alunos na Olimpíada Brasileira de Robótica .

## O Ensino por projetos

A Metodologia de Ensino por Projetos , ou simplesmente Metodologia de Projetos (MP), é uma metodologia que rompe com as bases predominantemente tradicionais de ensinar. Ao contrário dos métodos tradicionais, que apesar das muitas críticas ainda encontram lugar na escola, o MP oportuniza o desenvolvimento de competências, em meio a um processo que pressupõe a participação ativa dos alunos, e no qual se propõe a construção de um conhecimento ancorado em situações reais da vida cotidiana (MOURA; BARBOSA, 2006; OLIVEIRA, 2006).

Em síntese, a metodologia de projetos se caracteriza por ter, não o conteúdo disciplinar como principal norteador, mas sim uma situação geradora, que para ser solucionada, demandará a execução de um projeto segundo um método. A solução passará por uma análise mais profunda que, inevitavelmente, elencará conhecimentos (que podem ser os das disciplinas escolares), ao mesmo tempo em que se permitirá o desenvolvimento de competências e habilidades, ancorando-se em situações reais do cotidiano. Nesta metodologia, cabe ao professor propor situações desafiadoras e, também, acompanhar os alunos no processo de execução do projeto, participando das discussões e orientando as ações a serem executadas.

A necessidade de uma situação geradora, que norteará todo o projeto, está presente em diferentes modelos de metodologia por projetos. Um exemplo é o modelo SKOPOS , proposto por Moura e Barbosa (2006), que possui três componentes estruturais básicos: Escopo , que inclui a situação geradora e os objetivos; o Plano de Ação , que envolve a estrutura de ações e procedimentos previstos no escopo; e o Plano de Controle e Avaliação , que envolve os procedimentos para o acompanhamento e avaliação do projeto.

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No modelo SKOPOS, a estrutura básica composta por situação geradora ou problema, objetivos, além de outros elementos, levarão à definição de um plano de ação, o qual se remeterá, por sua vez, a algum mecanismo de monitoramento e avaliação dos resultados. Tal modelo, em certa medida, representa um método mais técnico de planejamento, execução e análise de um projeto, o qual pode ser modificado e simplificado, se flexibilizando de modo a melhor se adequar a diferentes realidades e contextos. Os próprios autores sugerem os chamados Projetos de Trabalho , que possuem uma estrutura mais simples composta por situação geradora, objetivo específico, atividades e tarefas, recursos, cronograma.

Com relação aos projetos de trabalho , autores como Hernández e Ventura (1998) destacam elementos específicos envolvidos: (i) considerar experiências anteriores dos alunos e escolher um tema, o qual pode ser parte do currículo oficial, de algo comum e atual, ou mesmo de um problema proposto pelo professor; (ii) o papel do professor, após ser estabelecido um tema e serem definidas hipóteses (por exemplo, de soluções para um problema colocado), será o de conduzir o projeto de modo que este abarque conhecimentos. O professor irá trazer à tona conteúdos conceituais e procedimentais, além de indicar fontes de informação e buscar promover a interação e engajamento; (iii) já os alunos, deverão elaborar um roteiro inicial que guiará a investigação. Eles deverão buscar informações que complementem e ampliem o que já tenha sido apresentado na proposta, tratar tais informações, e avaliar o próprio andamento do projeto/processo; (iv) toda a busca de informação deverá ocorrer em uma perspectiva comunicativa, em que o professor irá assumir o papel de facilitador do processo, transformando referências em materiais de aprendizagem. Os alunos devem ter sua autonomia favorecida, não somente pela busca de informações, mas também pelo diálogo com os demais alunos e com o professor, em uma situação em que haverá análises, reflexões, comparações, inferências e o estabelecimento de relações, dando sentido àquilo que se aprende.

Em nosso trabalho, tendo como base a ideia de situação geradora de Moura e Barbosa (2006), em uma aproximação às ideias de Hernández e Ventura (1998), desenvolvemos atividades de ensino sobre temas de Ciências (em especial a Física) e Tecnologia, envolvendo aspectos sociais e ambientais.

## Desenvolvimento do projeto

O projeto, que recebeu o nome 'sucata robótica', foi desenvolvido no 1º semestre de 2016 em uma escola da rede pública estadual de São Paulo, a qual possuía, no ano de 2016, 528 alunos matriculados no Ensino Fundamental e no Ensino Médio. A escola está localizada em um bairro periférico da região norte da cidade de São Carlos-SP, bairro este com uma forte presença de fábricas de médio e pequeno porte. Os alunos, que voluntariamente participaram do projeto, eram procedentes dos três anos Ensino Médio, do período vespertino, com faixa etária entre 15 aos 17 anos, e em maioria oriundos de classes sociais baixa ou média.

Conduzindo o desenvolvimento do projeto em parceria com os alunos participantes, havia uma equipe composta por licenciandos em Física da UFSCar que, no mesmo período, desenvolviam seu estágio curricular na escola, o próprio professor de Física da escola, contando com o apoio da equipe gestora da escola e, ainda, de um docente da UFSCar.

O projeto envolvia encontros com os participantes no período noturno das terças-feiras, com 3 horas de duração. Além disso, o projeto promovia encontros aos

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sábados, no período da tarde, com 4 horas de duração, reunindo outros membros da comunidade escolar além dos próprios participantes, assim como pessoas da própria comunidade. Os encontros aos sábados ocorriam no âmbito de um projeto mais amplo, da escola, denominado projeto escola da família , que mantém a escola aberta nos finais de semana para atividades culturais, esportivas e para o desenvolvimento de projetos, como o descrito neste trabalho.

## Estrutura do projeto Sucata Robótica

Tendo como referência a metodologia orientada a projetos e considerando o contexto específico em que estão inseridos os alunos e a própria escola, o projeto se iniciou com uma situação geradora , e com a exposição de uma proposta motivadora .

Como situação geradora, trouxemos à discussão um cenário amplo em que há alterações drásticas sofridas pela natureza, com o clima fragilizado, poluição que se expande cada dia mais e a pouca utilização de energias renováveis. Também tratamos da questão dos resíduos e como o destino adequado destes, por mais que sejam parte de ações pontuais, poderiam amenizar tal cenário. Com isso, houve a discussão sobre o reaproveitamento de materiais eletrônicos e uma possível mudança de comportamento da comunidade escolar, despertando uma consciência sobre como aproveitar melhor os bens de consumo.

Tal situação geradora, que chamou a atenção dos alunos, levou à proposta de que fossem encontrados meios de reutilização de sucatas de dispositivos elétricos e eletrônicos. Tal proposta potencializou uma conseguinte abordagem de aspectos sociais e ambientais, relacionados com a ciência e a tecnologia (RICARDO, 2007). Como a escola não conta com muitos recursos financeiros, foi colocada a ideia de reutilizar sucatas de dispositivos elétricos e eletrônicos, elaborando dispositivos úteis e automatizados que fossem desenvolvidos para o autoconsumo da escola e da comunidade ao redor. Tal argumento serviu de 'gatilho' para atrair ainda mais os alunos, assim como levar os próprios familiares a apoiarem a participação dos alunos no projeto.

Como um direcionamento que permitiria agregar diferentes conhecimentos, e também como uma proposta motivadora , colocou-se a possibilidade de participação na Olimpíada Brasileira de Robótica (OBR). Tal como outras Olimpíadas de Conhecimento (OC), esta pode apresentar uma consonância com o ensino por projetos: por exemplo, a definição de um período de tempo para concretização do projeto; escolhas de temas; finalidade útil, uma percepção de sentido real dos projetos propostos; utilização de múltiplos recursos e a socialização dos resultados. As Olimpíadas de Conhecimentos tiveram sua implementação no Brasil em 1978 e, desde 2002, passaram a ser apoiadas oficialmente por Ministérios do governo federal e por outros órgãos governamentais, através de editais públicos.

A partir da proposta de participação na OBR, o cerne do Projeto de Trabalho, que então passou a ser intitulado 'sucata robotizada', era montar o robô que, pelo menos em parte, utilizasse sucata eletrônica, fomentando assim uma discussão acerca da necessidade contemporânea de matéria prima e as possibilidades do uso de materiais recicláveis. Além disso, com o intuito de permitir aos alunos um acesso a materiais inovadores, ao mesmo tempo atendendo requisitos para a possível participação na OBR, foi apresentado e discutido com os alunos a plataforma Arduino.

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Segundo Cavalcante, Tavolaro e Molisani (2011), o Arduino, baseando-se em softwares e hardwares livres, é ' uma plataforma que foi construída para promover a interação física entre o ambiente e o computador utilizando dispositivos eletrônicos de forma simples'. Além disso, segundo as autoras, a plataforma Arduino é de simples uso para aquisição e automação de dados, possui um custo relativamente baixo, contribuindo significativamente para tornar o laboratório didático de física um ambiente de investigação. No nosso caso, se apresentou como um recurso especialmente útil para efetuar a comunicação, leitura e controle dispositivos como sensores e motores, atuando como o 'cérebro' dos robôs que seriam criados.

No desenvolvimento do projeto, dois kits de Arduino, obtidos a partir de uma parceria com outra escola da região de São Carlos, foram utilizados em conjunto com sucatas de dispositivos elétricos e eletrônicos, o quais eram doados ao projeto.

## Resultados e discussões

No desenvolvimento do projeto, foi possível desenvolver discussões que incluíam diferentes aspectos, os quais são tratados nas disciplinas científicas, como a Física, muitas vezes sem que se atribua um significado físico e cotidiano a eles. O projeto permitiu uma discussão mais contextualizada e com significado. Um resumo de diferentes aspectos discutidos no projeto é apresentado a seguir, no Quadro 1:

## Quadro 01: Resumo de aspectos discutidos no projeto 'Sucata robótica'

- · Ciência e tecnologia e o impacto da/na sociedade e do/no ambiente; resíduos e lixo eletrônico.
- · Definição de Robótica e suas divisões, diferença entre robótica e automação, situações contemporâneas e motivações para o uso da Robótica;
- · Definição de Linguagem de Programação, Conceitos de Algoritmos, Rotinas, Procedimento e Funções;
- · Organização do trabalho, com divisão de equipes e funções, com a criação de um ambiente de repositório dos materiais e dispositivos a serem desenvolvidos;
- · Inspirações biológicas e biofísicas para a construção de robôs, e mecânica estrutural e movimentos (estática e dinâmica);
- · Atuadores rotacionais e emissores, sensores de sinal digital ou analógico e conceitos físicos envolvidos (ultrassom, luz, infravermelho, fim de curso, microfone, nível de presença);
- · Processadores e microcontroladores, lógica de programação e interface com componentes eletrônicos (comunicação serial);
- · Associação de resistores, ligações de LEDs e chaves de liga/desliga, fontes de alimentação elétrica, corrente elétrica contínua e alternada, Motores DC e servo motores; Montagem, programação e funcionamento de circuitos.

Cada um destes elementos foi sendo introduzido e discutido conforme eram feitas pesquisas pelos alunos, com o intuito de resolver problemas específicos que iam surgindo, na tarefa de criar um robô. Vale destacar que, ao longo do projeto, diferentes discussões abordando a Física foram surgindo, e ocorriam de forma relacionada aos aspectos acima listados. Por exemplo, foi discutida a estabilidade de um robô envolvendo conceitos de mecânica; o funcionamento dos sensores envolvendo conceitos relacionados com semicondutores, interação entre radiação e matéria, ondulatória, etc.; e discutiu-se sobre motores, chaves liga/desliga, circuitos elétricos e associação de resistores, etc.

Além disso, as discussões ocorriam sempre norteadas por questionamentos sobre como as escolhas de dispositivos e componentes do robô impactariam o ambiente ou, no caso do uso de sucatas, como ajudariam a amenizar o impacto sobre o ambiente, e questionamentos sobre como a ciência e a tecnologia,

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especialmente relacionadas com a eletrônica e com a robótica, impactavam os processos e permeavam a sociedade contemporânea. Neste sentido, para além de um estudo restrito à ciência e à tecnologia, o desenvolvimento do projeto foi norteado por uma busca pela aculturação científica norteada pelas relações entre Ciência, Tecnologia, Sociedade e ambiente (CTSA), com o intuito de promover uma visão crítica sobre tais relações.

## Alguns exemplos de atividades/discussões

Diferentes atividades foram realizadas ao longo do desenvolvimento do projeto. Por exemplo, a partir da situação geradora e da proposta motivadora, houve diversas discussões sobre como a robótica está presente em nosso dia a dia, no mundo do trabalho, os impactos sociais e ambientais envolvidos, havendo espaço ainda para se discutir a história da criação da robótica e automação.

Outro exemplo de atividade, envolvia a discussão do que seria 'lógica'. A partir de um levantamento das concepções prévias dos alunos sobre o que era lógico, óbvio e atos inconscientes, trouxemos discussões sobre como lógica está presente em nossas vidas: utilizamos raciocínio lógico para tomadas de decisões que nos colocam em confronto com o 'certo ou errado', 'ter ou não ter', 'fazer ou não fazer', etc. Ainda que muitas situações cotidianas não se resumam a uma relação dicotômica, algo que também foi alvo de discussão inclusive desde uma perspectiva social e ambiental (as decisões e interpretações nem sempre se resumem ao certo e errado), tal abordagem serviu de ponto de partida para a discussão da lógica de programação.

Na continuidade da discussão, foram utilizadas situações cotidianas simples para levar os alunos a perceberem o rigor necessário na programação, por exemplo, de um robô. Para ilustrar, foi discutido a ação de fritar um ovo. Quando os alunos refletiram sobre a descrição completa de todos os passos para que tal ação simples fosse executada sobre a ótica de um robô, que não reconhece os objetos frigideira e ovos , a questão do que é lógico e a tarefa, que antes era simples, se tornaram complexas. Transformar ações simples em rotinas exatas e bem estruturadas para a execução por robôs foi definido inicialmente como algo impossível pelos alunos, mas tal complexidade foi sendo compreendida na medida em que se discutia a confecção de rotinas pequenas e simples de cada etapa, que ao serem aglutinadas no mesmo processo, tornaram um algoritmo organizado e que fazia sentido para a tarefa inicialmente proposta. Tal atividade contribuiu, mais à frente, para analisar caminhos possíveis que um robô seguiria, sendo guiado por uma linha. Para isso, foram utilizados desenhos de caminhos, como o da Figura 1, a seguir:

Figura 1. Fotografia de um dos esquemas para as práticas de lógica e programação.

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Destaca-se também que, a discussão sobre como o robô seguiria uma linha, necessária para a construção de robôs que pudessem participar da OBR, além de

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envolver lógica, envolvia o estudo sobre os sensores que poderiam ser utilizados, os princípios físicos envolvidos, além de uma discussão onde os sensores poderiam ser encontrados nos dispositivos presentes no nosso cotidiano, incluindo em sucatas.

Um último tipo de atividade desenvolvida, que também vale ser destacada, abordou a montagem estrutural dos robôs, envolvendo a construção dos chassis, o uso de motores com caixa de redução e rodas, etc. Nesta atividade, foi importante discutir conceitos como Centro de Massa , Centro de Gravidade , Momento de inércia e linear , torque e atrito . Tal discussão levou os alunos a perceberem, por exemplo, que um robô muito largo precisaria de um torque maior nos motores para realizar as mudanças de direção no trajeto, e que um robô muito curto e alto, com centro de gravidade em um ponto elevado, poderia se desiquilibrar, caindo. Além disso, os robôs construídos deveriam ter garras para pegar objetos leves, e o equilíbrio do robô, assim como a própria estrutura mecânica da garra, deveriam ser analisados.

A partir de tais discussões, cada equipe precisou 'desenhar' os chassis das garras. Nesta tarefa, houve ainda uma pesquisa sobre diferentes montagens possíveis, o que incluiu a visualização de diversos vídeos de montagem e funcionamento de robôs, que eram pausados para discussão e avaliação (desde o ponto de vista eletromecânico e eletrônico).

A Figura 2, a seguir, apresenta fotografias de um dos grupos de alunos participantes do projeto, no momento em que montavam seu robô (à esquerda) e fotografias dos chassis dos robôs construídos por dois grupos (meio), e uma fotografia de um dos robôs já finalizado (à direita).

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Figura 2. Alunos construindo os robôs (acima), r obôs em processo de construção (ao centro) e um dos robôs finalizado (direita).

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Conforme pode ser observado na Figura 2, os robôs eram construídos com placas de plástico (chassis e uma das garras), alumínio (chassis) e acrílico (uma das garras). Estes materiais foram obtidos a partir de doações. Na construção dos chassis e das garras, a escola contou com a colaboração de uma empresa da cidade de São Carlos, que além de ter feito a doação de alguns materiais, permitiu que fossem utilizados equipamentos específicos de corte de plásticos, metais e acrílicos. Como alternativa para uma nova construção de chassis e garras, não havendo a disponibilidade de placas de plástico, acrílico e alumínio, ou mesmo equipamentos específicos para fazer o corte destes materiais, pensou-se no uso de MDF, uma vez que possui custo reduzido e pode ser cortado mais facilmente.

Outros materiais utilizados, visíveis na Figura 2, como fios, parafusos e roscas, foram obtidos a partir de sucatas e, em alguns casos, foram adquiridos (uma vez que possuem um baixo valor). As rodas e os motores utilizados eram parte do próprio kit Arduino. No entanto, outros motores, retirados de sucatas, foram testados no processo de construção dos robôs. Por fim, os sensores utilizados foram obtidos

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em sucatas, mas em alguns casos (sensor de linha e sensor ultrassônico) foram utilizados aqueles disponíveis no próprio kit.

De modo geral, o projeto oportunizou aos alunos um contato com um conhecimento científico, tecnológico, social e ambiental que, ancorado em situação mais próximas ao mundo cotidiano, trouxeram mais sentido aos diferentes conteúdos e conceitos tratados na ciência e tecnologia, como aqueles envolvidos na Física, e os impactos ambientais e da na / sociedade. Ao final do 1º semestre de 2016, os alunos ainda puderam participar da OBR.

## Considerações finais

Neste trabalho apresentamos um relato de experiência que, a partir do desenvolvimento de um projeto, permitiu a discussão diferentes aspectos tais como o impacto do lixo eletrônico, a reutilização de partes de dispositivos eletrônicos, lógica de programação, robótica e automação, princípios de funcionamento e conceitos físicos envolvidos em diferentes sensores, componentes eletrônicos, motores, e equilíbrios estático e dinâmico de robôs, etc.

Os alunos participantes, além de assumirem uma postura ativa no projeto, foram capazes de construir robôs e puderam participar da Olimpíada Brasileira de Robótica (OBR) no primeiro semestre de 2016. Além disso, como um desdobramento do projeto, no 2º semestre do ano de 2016 se envolveram na construção de diferentes dispositivos apresentados em uma feira de conhecimentos.

## Referências

BORTOLETTO, A.; CARVALHO, W. L. P. Temas sociocientíficos e a prática discursiva em sala de aula: um estudo no ensino médio. In: Ensino de ciências e matemática II. CALDEIRA, M. A. (org.). São Paulo: Cultura Acadêmica, 2009, p. 255-267.

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