Robótica educativa

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Aula de robótica educativa.

La robótica educativa es una subdisciplina de la robótica aplicada al ámbito educativo que se centra en el diseño, el análisis, la aplicación y la operación de robots. Se puede enseñar en todos los niveles educativos, desde la educación infantil y primaria hasta los posgrados. La robótica también se puede utilizar para fomentar y facilitar la instrucción en otras disciplinas, a menudo fundaciones, tales como la programación informática, la inteligencia artificial o la ingeniería de diseño.

Orígenes e historia[editar]

La palabra ‘robot’ se utilizó por primera vez en 1920 por Karel en la obra publicada en 1920, llamada “Rossum’s Universal Robots”. Tiene su origen en el vocablo checo ‘robota’ que en español traduce “trabajo forzado.[1]​ El primer tercio del siglo XX, se caracterizó por el desarrollo de grandes avances en distintas ramas de la ingeniería (mecánica, electrónica, informática, telecomunicaciones…). A mediados del siglo XX, los avances en conocimientos sobre programación y electrónica supusieron una gran mejora en la evolución de artefactos capaces de realizar automáticamente acciones del ser humano. El nuevo paradigma tecnológico aumentó la necesidad de formar profesionales para dar respuesta a la gran demanda de conocimientos y aplicaciones.

Uno de los primeros robots en aparecer, fue Shackey del SRI (Standford Research Institute) en 1968. Posteriormente, en los años 1970 la NASA en colaboración con el Jet Propulsion Laboratory crearon el Mars rover. En la década de los ochenta apareció el CART del SRI que trabajaba con un procesador de imagen estéreo más una cámara adicional, y también apareció el CMU rover que incorporaba por primera vez una rueda timón, lo que le permitía alcanzar cualquier posición y orientación.[2]

A finales de los 60 un grupo de investigadores del Laboratorio de Medios del Instituto Tecnológico de Massachusetts propuso la construcción de dispositivos tecnológicos que permitieran a los niños/as interactuar y programarlos para ejecutar determinadas acciones. Es aquí cuando establecieron el convenio con la empresa LEGO para desarrollar lo que se conoció como LEGO/Logo, consistente en la integración de piezas de construcción de lego con elementos de programación que podrían ser ejecutados desde un ordenador. Más tarde, en torno a los años 80, la compañía LEGO ya había difundido estos equipos o juguetes por todo el mundo con fines educativos.[3]

En los años noventa del siglo XX, la robótica se empezó a expandir en diversas tareas del ser humano ganando progresivamente protagonismo.[4]

La robótica educativa surge como herramienta educativa entrado el año 2000. Está directamente relacionada con el Instituto de Tecnología de Massachussets, donde crean una serie de dispositivos, con la colaboración de la compañía Lego; y diseñan un lenguaje de programación, Logo, que permitiría a los más pequeños relacionarse con la construcción de máquinas y edificios.​[5]

Definición del término[editar]

La robótica es un área tecnológica con mucho auge en la actualidad que posibilita la creación de nuevos y motivantes contextos de trabajo. Se entiende como una rama de la programación y como una situación de aplicación de conocimientos matemáticos.

La robótica educativa es aquella que "busca despertar el interés de los estudiantes transformando las asignaturas tradicionales en más atractivas e integradoras, al crear entornos de aprendizaje propicios, que recreen los problemas del ambiente que los rodea".[6]

Se entiende por robótica educativa al medio de entornos de aprendizaje o enseñanza interdisciplinaria basada en la iniciativa y la actividad de los estudiantes en el estudio de las ciencias y la tecnología. Va mucho más allá de crear robots y programarlos, sino que incentiva la cohesión de grupo, la capacidad de reflexión, la resolución de problemas y el trabajo en equipo a través de recursos tecnológicos.[7]

La robótica educativa desarrolla diferentes habilidades y conocimientos basados en las ciencias, tecnología, ingeniería y matemáticas. Estas materias se agrupan en español con las siglas CTIM,[8]​ o en inglés como STEM (science, technology, engineering y mathematics) muy utilizada en Estados Unidos para englobar todas las actividades que integran estas disciplinas.

Por otro lado, la robótica pedagógica es "la actividad de concepción, creación y puesta en funcionamiento, con fines pedagógicos, de objetos tecnológicos que son reproducciones reducidas, muy fieles y significativas, de los procesos y herramientas robóticas que son usados cotidianamente, sobre todo en el medio industrial".[9]​ Esta disciplina posee numerosos fines didácticos que pretenden el empleo de herramientas tecnológicas y nuevas metodologías de enseñanza-aprendizaje para poder hacer diseños y fabricar robots educativos de forma que los estudiantes se adentren en el estudio de la tecnología y la ciencia desde edades muy tempranas.[10]

Las diferencias entre robótica educativa y robótica pedagógica son las siguientes:[11]

  • La robótica educativa: utiliza kits y materiales comerciales, que en la mayoría de los casos son costosos; del mismo modo, hacen un uso extensivo de sensores y motores, se centran en la cibernética, (considerada también integradora) y permite ir de lo concreto a lo abstracto. Promueve la interactividad y ofrece un sinfín de experiencias educativas, centrándose en habilidades de lectura, ortografía, matemáticas y ciencias de la computación. Los robots se utilizan para desarrollar una serie de competencias y habilidades en el alumnado. Entre las competencias que se trabajan en la robótica educativa se encuentran especialmente la ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, las llamadas disciplinas STEM, pero también puede tocar otras áreas como la historia, la lengua o la geografía.[12]
  • La robótica pedagógica: emplea materiales de bajo coste, entre ellos los reciclados; e integra diferentes áreas de conocimiento con énfasis en las matemáticas, ciencias naturales y tecnología. Se aprende sobre informática, aun sin contar con una computadora. Se trata de generar entornos tecnológicos ricos, que permitan la integración de distintas áreas del conocimiento para la adquisición de habilidades generales y de nociones científicas, de forma que estas les permitan resolver problemas y desarrollar un pensamiento sistémico, estructurado, lógico y formal.

Metodología didáctica[editar]

Taller de robótica educativa en la localidad de Corralito (Córdoba).

Son numerosos los estudios que demuestran el interés general por el uso de recursos pertenecientes al campo de la robótica en los centros educativos como medio para conseguir la interiorización de contenidos enriquecedores bajo la idea de aprender jugando.[13]​ El uso de nuevas estrategias y metodologías acorde a los reclamos del presente en el que nos encontramos es la premisa que más justifica la incorporación del ámbito de la robótica en el mundo de la educación.[14]

Un curso de robótica educativa se inicia a través del planteamiento, por parte del profesor, de un reto para que los alumnos lo resuelvan. Para ello, se utilizan materiales didácticos como: partes mecánicas, componentes electrónicos y piezas de sujeción; estos materiales, apoyados con herramientas informáticas, permiten generar prototipos programables para que cumplan con tareas que resuelvan la problemática planteada en el reto. De este modo, el proceso de concepción, diseño, armado y puesta en marcha del prototipo enriquece el proceso de aprendizaje del alumno.[15]

La metodología de la robótica educativa usada en las distintas etapas educativas, está basada principalmente en la creatividad y la innovación. A su vez, propicia una metodología activa, basada en el “learn by doing”, llamada también aprendizaje por la práctica, siendo los alumnos quienes se impliquen en su propio aprendizaje y realicen la búsqueda de información en diferentes disciplinas. Las actividades propuestas serán motivadoras, fomentarán la cooperación y la autonomía, entre otras capacidades. Ofrece además una serie de estrategias para que sean los propios alumnos los que resuelvan los problemas. Esta pretende enseñar y aprender de manera lúdica y a través del juego.[16]

En este sentido, la robótica educativa conduce a desarrollar las inteligencias múltiples de la siguiente forma:[17]

  • La Inteligencia Lógico-matemática. Juegos basados de cálculo numérico y actividades de programación.
  • La Inteligencia Viso-motriz o visoespacial. Percepción espacial teniendo en cuenta aspectos como las líneas o las formas.
  • La Inteligencia Lingüística. Trabajo en equipo favoreciendo la comunicación y las relaciones interpersonales.
  • La Inteligencia Kinestésica. Trabajando la creatividad.
  • La Inteligencia Interpersonal. Favoreciendo el diálogo o el uso de roles.
  • La Inteligencia Intrapersonal. Conocimiento de nuestras fortalezas y debilidades.
  • La Inteligencia Musical. Creación de aparatos musicales y sensoriales.
  • La Inteligencia Naturalista. Realización de robots vinculados con la naturaleza.

En este sentido, esta metodología favorece el pensamiento modular y analítico, es decir, la capacidad de los estudiantes de comprender el problema global y dividirlo en los distintos aspectos, bloques, módulos, tareas, etc. que, en su conjunto, llevarán a la resolución final. Cabe destacar que esta metodología fortalece las capacidades de liderazgo, ya que a medida que los estudiantes proponen soluciones y van consiguiendo los retos y tareas planteadas van aumentando su confianza en sí mismos. Por otro lado, las dinámicas de robótica educativa se prestan a implementar metodologías de aprendizaje colaborativo,[18]​ generando contextos idóneos para desarrollar competencias sociales como la autoestima, el trabajo en equipo, el debate o la negociación. Destaca la aparición de cooperación horizontal, teniendo todos los integrantes del proceso de enseñanza-aprendizaje una importancia similar.[19]​ Otro aspecto positivo es la facilidad de integración de la robótica educativa con otro tipo de técnicas metodológicas innovadoras como la realidad aumentada y el modelado e impresión 3D, potenciando aún más todos estos beneficios competenciales.[20]

Siguiendo la teoría de Howard Gardner sobre las Inteligencias múltiples, la robótica educativa busca que se garantice la posibilidad de ofrecer a cada estudiante una atención personalizada y desarrollar las inteligencias que más interesen. Esta teoría plantea, por tanto, una visión plural de la inteligencia, reconociendo en ella diversas facetas, por lo que se deduce que cada persona posee un potencial cognitivo diferente.[21]

El hecho de atribuir proyectos de robótica en las aulas hace que se necesite algunas herramientas de hardware y/o software que posibiliten al alumno/a construir o reproducir diferentes prototipos robóticos. Para implicar la utilización de la robótica educativa dentro de los centros escolares, los kits comerciales de este ámbito son una magnífica opción. Personas de distintas edades pueden construir múltiples prototipos robóticos gracias a estas herramientas educativas, sin el requisito de tener conocimientos evolucionados en programación, eléctronica y/o mecánica. Hoy en día,[¿cuándo?] el mercado brinda multitud de recursos para la estimulación y el proceso de aprendizaje, así como programas específicos de robótica que permiten a niños/as y jóvenes controlar y reproducir variados prototipos robóticos.[22]

Concretamente, algunos de los robots que más se usan en Educación Infantil son: Mouse, Bee-Bot. Edelvives, Next, etc.[23]​ Por otra parte, algunos de los proyectos educativos ideales usados en Educación Primaria son WeDo, Lego WeDo 2.0,[24]Lego Mindstorms, Dash&Dot, etc. Por lo que respecta a la Educación Secundaria destacan Arduino, Picaxe, Scratch, etc.[25]

Evolución[editar]

La tendencia más utilizada para los mayores de 12 años es usar Arduino, que es una placa electrónica para programar con numerosas posibilidades, ya que podemos hacer desde un robot hasta una aplicación de domótica para nuestro hogar o lugar de trabajo. Otra opción es utilizar App Inventor, con la que podemos crear diferentes aplicaciones para cualquier dispositivo con sistema operativo Android.[26]

Mars Exploration Rovers (NASA)

Lego Mindstorms es una línea de juguetes de robótica para niños fabricado por la empresa LEGO, que posee elementos básicos de teorías robóticas, como la unión de piezas y la programación de acciones en forma interactiva. Este robot fue comercializado por primera vez en septiembre de 1998. comercialmente se publicita como Robotic Invention System, en español sistema de Intervención Robotizado (RIS). También se vende como herramienta estacional, lo que originariamente se pensó en una colaboración entre LEGO y el MIT. La versión educativa se llama Lego Mindstorms for Schools, y viene con un software de programación basado en la GUI de Robolab 1. Lego Mindstorms puede ser usado para construir un modelo de sistema integrado con partes electromecánicas controladas por un computador. Prácticamente todo puede ser representado con las piezas tal y como en la vida real, como un elevador o robots industriales. Ha habido tres generaciones de Lego Mindstorms: el Sistema de invención robótica (lanzado en 1998), Mindstorms NXT (lanzado en 2006) y Mindstorms EV3 (lanzado en 2013).[27]

En sus orígenes, la robótica, dentro del ámbito educativo, empezó a desarrollarse a principios de los años 90 por medio del uso de dispositivos elaborados localmente y diseñados concretamente con fines educativos. De esta manera, se crearon prácticas de robótica educativa, con materiales de múltiples orígenes, en talleres para el alumnado de educación primaria, que fueron controlados con los primeros modelos de ordenadores personales como fueron las IBM Personal Computer XT. Es así como fue evolucionando la robótica en este ámbito.[28]

Fases[editar]

En la robótica educativa se pretende inicialmente crear un robot a través de un ordenador, con la ayuda de programas especiales como X logo, Logo (lenguaje de programación), donde se realiza un pequeño estudio, que ve si este robot es realizable o no en la realidad. Aquí, al tenerlo en el ordenador se establece la función que cumplirá este robot, las cuales son específicas para realizar pequeñas tareas (como traer objetos o limpiar cosas, por ejemplo) y en la pantalla se ve cómo sería ese robot en la realidad y cómo se movería. Posteriormente, se elimina y arregla lo que sea necesario y se reproduce con materiales para llevarlo a cabo en la realidad.[29]

En robótica educativa se intenta crear un robot a través de piezas programado para tomar vida con programas de licencia libre como Scratch. Estos robots son programables a través del ordenador o tablet y en la pantalla se ve cómo se movería ese robot en la realidad. También existen robots de suelo como Zowi o Lego WeDo. En este punto, se utilizan variados materiales, pueden ser desde piezas de sistemas constructivos como Lego Mindstorms , Múltiplo o Zowi.[30]​, a materiales de desecho que no se utilizan en casa (como cajas de cartón y circuitos en desuso). Aunque, también se usan otros materiales; como son metales u otros derivados.

Las siete fases[31]​ en las que se divide la robótica educativa son actividades relativamente independientes entre si que definen una acción manual o intelectual en la ejecución:[32]

  1. Problematización: se plantea un reto. El estudiante investiga y explora su entorno para resolver el problema.
  2. Diseño: en la que se diseñan modelos de posibles soluciones a la problemática haciendo uso del kit de robótica. La idea y su representación basada en la necesidad de resolver algún problema dará origen al desarrollo de una maqueta, modelo, diseño. Su realización puede ser a través de la imitación o de la imaginación.
  3. Construcción: siguiendo el diseño planteado, se construye el modelo para darle movimiento haciendo uso del kit. En base al diseño planteado se empezará a construir una solución al problema, valiéndose de piezas, conectores, sensores y conexiones.Podrá utilizarse un “modelo básico”, “modelo intermedio” o “modelo avanzado”.
  4. Programación: en la que a través del software se programan los movimientos y comportamientos del modelo. Actividad basada en la utilización de un software de fácil uso que permite programar los movimientos y el comportamiento en general del modelo robótico.Deberá seguirse una secuencia ordenada de instrucciones,ingresarlos en el subsistema de control e ingresar el programa en dicho subsistema.
  5. Prueba: en base al diseño, se construye el modelo haciendo uso del kit de robótica para darle movimiento. Verificar visualmente que el modelo implementado funciona. Comprobar que su funcionamiento cumple con un conjunto de especificaciones. Se debe verificar que el modelo funciona correctamente y cumple con las especificaciones planteadas.
  6. Documentación: se recopilan evidencias que prueban la funcionalidad del diseño a través de mano alzada, software especializados o procesador de texto/gráficos. Una vez que se ha probado el modelo que funciona como lo hemos diseñado, entonces se debe documentar el trabajo desarrollado.
  7. Presentación: se presenta y explica el prototipo creado como alternativa de solución al problema planteado.

Objetivos, ventajas y desventajas de la robótica educativa[editar]

La robótica educativa ofrece grandes ventajas a los alumnos en cualquiera de las etapas educativas en la que esta se trabaje. Esto quiere decir que posee unos claros y marcados objetivos para que el alumnado alcance. Algunos de estos objetivos son los siguientes:[33]

  1. Aumentar la participación activa de los alumnos en su propio proceso de aprendizaje, dotando al alumnado de herramientas para conseguir sus propias metas.
  2. Desarrollar el razonamiento, la lógica intuitiva, la percepción espacial y la psicomotricidad fina.
  3. Facilitar la comprensión de conceptos abstractos y ganar funcionalidad en el aprendizaje.[34]
  4. Potenciar sus capacidades en la resolución de problemas, es decir el pensamiento computacional, de investigación y fomentar su creatividad y pensamiento creativo.
  5. Desarrollar la autonomía, autocrítica, auto pensamiento, autoformación y motivación.
  6. Implantación del juego como un medio habitual de trabajo fomentando la imaginación y la exploración de forma natural y lúdica.[35]
  7. Desarrollar nuevas formas de comunicación y aprendizaje, que van más allá de los métodos tradicionales.
  8. Aprender a trabajar en grupo y evitar la frustración, fomentando a su vez el trabajo cooperativo y en equipo.
  9. vPotenciar el aprendizaje por proyectos, aplicando la robótica educativa como herramienta transversal para trabajar contenidos relacionados con la ciencia, la tecnología o matemáticas, entre otros.[36]
  10. Desarrollar las competencias clave del currículo educativo y las inteligencias múltiples.
  11. Facilitar un buen clima de trabajo donde prime el buen comportamiento, la concentración, el respeto y la responsabilidad con el material.
  12. Desarrollar entornos reales donde el estudiante pueda experimentar, favoreciendo así el aprendizaje significativo de conceptos teóricos.[37]
  13. Desarrollar la comprensión y dominio de los conceptos básicos del lenguaje de programación.
  14. Atender a la diversidad, ya que este tipo de proyectos ayuda a aquellos alumnos que poseen ciertas dificultades en algunas asignaturas a mejorar.[38]

La robótica aporta grandes beneficios en el ámbito educativo. Éstas son algunas de sus ventajas:[39]

  • Promueve el espíritu emprendedor.
  • Utiliza nuevas formas para el desarrollo de la comunicación y el aprendizaje.
  • Fomenta la exploracón, la curiosidad y la experimentación.
  • Refuerza la autoestima y el trabajo colaborativo: proyectos, celebración de logros conjuntos.
  • Contribuye al desarollo del talento y de la creatividad.
  • Permite a los docentes desarrollar de una forma práctica contenidos teóricos que suelen ser imprecisos, abstractos y dudosos.

Sin embargo, nos podemos encontrar con algunas desventajas a la hora de aplicar la robótica educativa [40]​:

  • Capacitación previa por parte del profesorado y dificultad al manejo de programación.
  • La adquisición del material suele tener costes elevados y no todos los centros educativos cuentan con recursos económicos.
  • En ocasiones, puede provocar rechazos tecnológicos.
  • Supone un cambio de paradigma educativo.
  • Dificultades en su manejo, frustración y rechazo tecnológico.
  • Difícil acceso derivado de la falta de recursos económicos.
  • Falta de capacitación docente.
  • Cambio del paradigma educativo.
  • Aislación del alumno disminuyendo la interacción humana.

Robótica educativa en Educación Infantil y Primaria[editar]

El uso primordial de la robótica en las aulas está relacionado principalmente con el desarrollo de la socialización y la capacidad del trabajo en equipo. Mejorando de esta manera, el desarrollo social, emocional y ético de los niños. Además, mediante el uso de la robótica también se fomenta:[41]

  • La innovación y la creatividad, a través del planteamiento de retos.
  • La resolución de problemas mediante el juego, fomentando así, la búsqueda de soluciones a los retos previamente planteados.
  • El aprendizaje relacionado con el tiempo y la secuenciación de las acciones.

Los materiales en la robótica educativa se van organizando dependiendo de su dificultad y por lo tanto se tienen en cuenta las edades a las que van dirigidas, desde las más sencillas en Educación Infantil a las más complejas en Bachiller o en ámbito Universitario. Se cita, a continuación una serie de materiales teniendo en cuenta la etapa educativa:

  • En Educación Infantil, la robótica educativa se inicia a través de la utilización de una serie de materiales que permitan adquirir conocimientos sencillos en programación temprana a través por ejemplo de secuencias y repeticiones. Por otro lado también se fomenta el desarrollo de competencias Steam. El alumnado más mayor de la etapa experimentará con máquinas simples con materiales tales como palancas, ruedas, ejes o poleas, fomentando así la el acercamiento y la curiosidad hacia la ciencia.[42]
  • En Educación Primaria, se pretende asentar las bases del aprendizaje no sólo de la ciencia sino también de la tecnología para ello utilizaremos máquinas simples como en la etapa anterior, y también incluiremos el trabajo con máquinas motorizadas, que permitirán trabajar de manera lúdica conceptos de movimiento, fuerza, la medición y la energía.[43]
  • En Educación Secundaria, aumenta la complejidad de la materia y el alumnado utiliza diferentes máquinas complejas y motorizadas, además de los llamados set de ampliación, donde podrán utilizar diferentes materiales como tubos, cilindros, válvulas, tanques de aire o neumáticos reales.[44]

Cabe destacar que, cuando se aplican en el ámbito educativo herramientas de programación y robótica, estas deben adaptarse a las diferentes edades y cursos.[45]​ En Educación Infantil debemos utilizar la tecnología como un accesorio a la labor educativa, fomentando de esta manera, un aprendizaje significativo basado en el juego. Mientras que, en Educación Primaria se trabaja la robótica profundizando en la programación, la impresión en 3D y en el diseño de algún proyecto. [46]​ En relación a este último, la clave en este tipo de robótica está en el procedimiento de confección de un robot, yendo más allá de su funcionamiento y/o aplicabilidad. Se manifiestan, entonces, cuatro líneas en el proceso de trabajo: imaginar, diseñar, construir y programar. [28]

  • Imaginar: el alumnado imagina, crea y debate acerca de ideas de dispositivos que desean construir. Para ello, se hace hincapié en la relevancia de imaginar dispositivos que favorezcan la resolución de problemas concretos. Así es como juega un papel fundamental la creatividad.
  • Diseñar: cuando se concreta el tema a trabajar, se hace necesario confeccionar un diseño del dispositivo más concreto. De esta manera, se procura plasmar cómo se construiría, además de cuáles serán las potencialidades de este. Es aquí donde se desarrollan ideas en proyectos, a través de la capacidad de imaginación y de concreción. Esto lleva a la necesidad de requerir conocimientos previos o indagar en función de lo que se necesita para la elaboración.
  • Construir: los proyectos que se imaginan y diseñan después son montados por el grupo de trabajo, combinando los conocimientos teóricos con las capacidades y habilidades manuales para su realización.
  • Programar: los mecanismos creados son programados mediante el ordenador. Esto favorece tanto el pensamiento lógico, como la inteligencia visual-espacial y la autopercepción. Para mostrarle al robot los movimientos a realizar se hace necesario conceptualizarlos, normalmente con el propio cuerpo, así como anticipar qué pasará con el mecanismo cuando se realicen las órdenes dadas mediante el programa.

Es importante tener en cuenta que estas cuatro líneas no determinan cuatro pasos diferenciados, sino que interactúan asiduamente entre sí.

Importancia de la robótica educativa en el alumnado con Necesidades Educativas Especiales[editar]

La robótica educativa es un recurso que permite promover la inclusión, la interacción, la interdisciplinariedad, la resolución de problemas y el trabajo colaborativo. [47]​ Este tipo de aprendizaje es esencial para el alumnado con necesidades educativas especiales (NEE) puesto que le permite alcanzar una serie de habilidades importantes de una forma más motivadora, dinámica y agradable aumentando así su motivación, confianza y su autoestima.

Se trata de un aprendizaje significativo centrado en la práctica y la experiencia trabajándose así concepto de asignaturas como Ciencias, Matemáticas, Tecnología, entre otras. Por tanto, los beneficios de trabajar la robótica educativa con este tipo de alumnado son diversos, entre ellos:[48]

  • Es protagonista de su aprendizaje: se siente capaz de realizar un proyecto.
  • Mejora la atención: ofrece focalizar la atención en un aspecto concreto.
  • Perfecciona la motricidad fina: mejora la coordinación óculo-manual para la elaboración de las construcciones.
  • Se siente integrado: comparte experiencias con los demás.
  • Aprende a trabajar en equipo.
  • Fomenta la resilencia:Toleran la frustración de una mejor manera y hacen frente a los retos que se le presenten.
  • Perfeccionan la habilidad comunicativa. Hablando en público y argumentando.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

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