解析《攻殼機動隊》的未來科技：光學迷彩、腦機介面都不是幻想？

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

2023 年 11 月 24 日，馬斯克（Elon Musk）創辦的 Neuralink 公司在官方推特上發布了一則耐人尋味的影片，標題為「Please join us for show and tell」（請加入我們的展示與分享）。這預告了他們將於 11 月 30 日美國時間晚間六點（台灣時間 12 月 1 日上午十點）舉行一場備受矚目的發表會。

回顧過去，Neuralink 曾展示過令人驚艷的技術突破，例如監測豬的腦波，以及讓猴子裝上他們開發的 N1 晶片，用腦控玩經典遊戲《乒乓》（Pong）。這些成果已經讓全球為之震撼。事隔 18 個月，這次的發表會是否會帶給我們更多驚喜？是否能看到人類親自裝上 N1 晶片，直接用大腦來「展示與分享」呢？

遺憾的是，這一刻還未到來。但馬斯克在開場時就揭露了一個令全場歡呼的消息：在這段時間內，他們持續進行了更多猴子的植入實驗，甚至研發了假大腦模擬器進行離線測試。在確保一切安全和動物福祉的前提下，他們已完成所有備查文件。順利的話，將於六個月內獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）的核准，進入人體實驗階段。他本人也表示，若情況允許，他不排斥成為第一個植入 N1 晶片的人。

無限猴子定理與腦機介面

提到猴子打字，不免讓人想到數學和哲學上的「無限猴子定理」。這個定理由法國數學家埃米爾·博萊爾（Émile Borel）於1913年在一本討論機率的書中提出。他假想：如果有無限多隻猴子和無限多次的打字機會，最終有可能打出莎士比亞的《哈姆雷特》。機率雖然極低，但並非零。

這個定理也被簡化為：即使只有一隻猴子，只要擁有無限次的打字嘗試，也可能產生任何文章，儘管牠完全不知道自己在打什麼。這與這次Neuralink發表會上的猴子展示，有著異曲同工之妙。

然而，馬斯克開發腦機介面的目的，並不是讓我們與猴子溝通。在發表會上，他再次強調了Neuralink的使命：打造一個「高頻寬、泛用型的人機介面」。簡單而言，就是加速我們與智慧裝置的互動方式。

馬斯克的願景：與 AI 共存

現今，AI 技術日新月異，能夠生成精美的圖片、回答各種問題，甚至編寫程式，而且進步速度只會越來越快。馬斯克強調，如果人類希望在未來的物種競爭中與 AI 並駕齊驅，最好的策略就是「打不贏，就加入它們」。

目前，人類之所以在進步速度上遠遜於 AI，他認為主要原因在於人類接收和輸出數位資訊的速度有限。我們最快的方式是閱讀、打字、觸控或語音輸入，但與 AI 透過聯網搜尋數位資訊僅需毫秒相比，我們簡直像是石器時代的原始人。

因此，他主張透過腦機介面的植入，我們將能以媲美 AI 的速度與電腦互動、聯網，甚至與 AI 協作、駕馭它們。試想，當你能用腦控操作手機和智慧裝置時，還會想用手指滑動輸入，鬧出一堆打錯字的笑話嗎？擁有這種超能力的你，還需要擔心 AI 搶走你的工作嗎？

我們與賽博格的距離

然而，想到要將晶片植入大腦，難免讓人聯想到各種賽博龐克作品中的可怕後果。例如，《Cyberpunk 2077：邊緣行者》中的「賽博精神病」、或是《刀劍神域》中可能燒毀大腦的完全潛行裝置。將自己改造成半人半機械的賽博格（Cyborg），著實令人卻步。

但馬斯克在發表會上指出，其實我們早已是廣義上的賽博格。否則，為何我們每天早上起床第一件事就是滑手機？為何不時低頭看智慧手錶？出門沒帶手機，是否比沒帶錢更讓你焦慮？我們已經如此習慣隨時聯網和人機互動，Neuralink 所做的，不過是提升這種互動的效率。

關於植入大腦的恐懼，Neuralink 以影片中展示的猴子為例。在他們使用高科技機器人進行手術植入後，根本無法從外觀看出牠們有任何植入物。發表會上的工程師甚至半開玩笑地說：「就算我有裝，你也不知道，我的腦後完全沒有痕跡。」

Neuralink 的真正突破：規模化與產品化

其實，腦機介面的想法和研究早已不是新鮮事。早在將近一百年前（1924年），德國醫生 Hans Berger 就首次從人類頭皮上記錄到腦發出的微弱電磁波（Electroencephalography, EEG），並開始發展非侵入性的電極腦波偵測技術。197 3年，UCLA 的 Jacques Vidal 團隊就已經提出「腦機介面」的概念。而 Neuralink 這種侵入式腦電極也非先行者。早在 1990 年代，美國猶他大學的Richard Normann 教授開發了多電極陣列，在猴子腦中植入 100 個電極，嘗試簡單任務。2002年，實驗猴就可腦控滑鼠，2008年甚至能遙控遠方的機械手臂餵食自己，控制「第三隻手」，彷彿蜘蛛人的反派「八爪博士」。

即使是相對不精準的非侵入式腦波偵測技術，只要幾百個電極，就能在人類身上實現控制機械義手的可能性。2018 年，已發展到能讓人腦控打字、玩遊戲，基本上與 Neuralink 透過 N1 植入物讓猴子能做的事情相似。

那麼，這次發表會的看點在哪裡？其實，馬斯克帶著大批工程師報告，真正要強調的重點是「規模化和產品化」。這正是這場發表會的核心，也是馬斯克向來為人所知的魔法：「讓夢想成真」的關鍵部分。畢竟，好點子並不稀奇，最重要的是執行力。不論是 SpaceX、Tesla，或是前陣子轟動一時的機器人 Optimus，他一貫採用「先求有再求好」的思維，不做最強的原型機，而是先拼湊所有技術，做一個最有可能讓消費市場買單的產品。畢竟，兵貴神速，尤其在商用市場上。

關於 N1 晶片，馬斯克形容得很輕巧，就像是幫你的大腦裝上 Apple Watch 一樣。但智慧裝置成癮的你我，應該此時會浮現相同的疑問：手錶和手機的電池效能會越來越低，科技產品每年都會更新軟硬體，當這些「身外之物」來到產品生命週期末尾時，我們總能輕易汰換。但當這個 3C 產品是放在腦膜底下，如何確保它不僅不會故障，還能好好充電，甚至可升級呢？

Neuralink 這次可是有備而來。首先是穩定性的部分，除了上次發表會看到能腦控《乓》遊戲的猴子佩吉外，這次還展示了其他五隻猴子分別進行不同的腦控遊戲。馬斯克特別強調，牠們都很享受這些實驗，包括這次展示腦控打字的 Sake。透過重複性的實驗，穩定性已獲得一定的保證。

續航力方面，團隊已經改良電池效率，並在猴子身上實驗了無線充電的可行性，確保一整天使用無虞。最後，也是最重要的「可升級性」。畢竟，目前的 N1 就如同 iPhone 一代，當技術演進到 iPhone 14 時，應該沒有人想繼續用舊款。因此，發表會上工程師們展示了 N1 晶片的手術過程有多簡易，完全使用手術機器人，輕鬆地在 15 分鐘內自動植入 64 個電極，再安全地把頭蓋骨和皮膚縫合回來。後續無論是軟硬體升級，只需要到他們正在建置的腦機介面診所就可進行。

目前，N1 晶片的製造已在奧斯汀開始產線準備進行量產。只要 FDA 核准，人體試驗成功的話，Neuralink 就有機會成為第一個達成商用化的腦機介面服務商。

競爭對手與未來展望

然而，Neuralink 只是「有機會」成為第一個達成商用的公司。這兩年，不止一家公司追上，甚至彎道超車，推出比 Neuralink 更接近完成品的產品。在這裡先賣個關子，預告下集我們將討論馬斯克的勁敵，以及可能導致 Neuralink 被指控虐待動物的爭議。

在市面上，我們常會看到號稱運用量子力學原理的商品或課程，像是量子內褲、量子能量貼片、量子首飾、量子寵物溝通、量子速讀、量子算命、量子身心靈成長課程等等。有人說，量子力學代表了意識具有能量，藉由調整心靈的共振頻率，就能保持身心健康，只要你利用量子力學原理進行療癒或冥想，就能提昇自己的能量，人能長高、身體變壯、每次考試都考一百分；又像是，量子力學就代表一種信息場，讓你跟別人有心電感應，只要轉念，讓宇宙能量幫助你，你就能發大財還能避免塞車。也有人說，別人吃一個下午茶，你也馬上吃一個下午茶，別人喝一杯咖啡，你也馬上喝一杯咖啡，別人跟家人吵架，你也馬上找一件事跟家人吵架，這就是量子糾纏。

然而，量子到底是什麼？跟身心靈、宗教和玄學真的扯得上關係嗎？是否真能幫助你維持健康又賺大錢呢？

在這一系列影片裡，我們就要來討論，量子力學的原理為何？背後又是基於哪些科學的研究成果。等你看完之後，相信對於量子力學跟上述五花八門商品究竟有沒有關係，心裡自然會有所答案。

量子力學和意識有關？

坊間常會聽到量子力學跟意識有關的說法；或許也是因為這樣，量子力學被許多身心靈成長課程甚至玄學拿來作為背書。但，量子力學真的是這樣子嗎？

說到量子力學跟意識的關係，我們就必須來看看，量子力學最著名的實驗之一，20 世紀的物理學大師費曼（Feynman）甚至曾經說過，這個實驗「包含了量子力學的核心思想。事實上，它包含了量子力學唯一的奧秘。」它，就是雙狹縫干涉實驗。

雙狹縫干涉實驗

現在我拿的器材，上面有兩道狹縫，中間間隔了非常短的距離。等一下，我們會讓雷射光通過這兩道狹縫，看看會發生什麼事。

我們看到，雷射光在打向雙狹縫之後，於後面的牆上呈現有亮有暗的條紋分布，這跟我們在國、高中學過的波的性質有關。

在兩道光波的波峰相會之處，會產生建設性干涉，即亮紋的位置；而暗紋的部分，則是來自破壞性干涉，是兩道光的波峰和波谷交會之處，亦即，光的效應被抵銷了。

在歷史上，雙狹縫干涉實驗占有非常重要的地位。19 世紀初，英國科學家、也是被譽為「世界上最後一個什麼都知道的人」的湯瑪士．楊（Thomas Young），利用雙狹縫實驗，證明了光是一種波。

那麼，如果我們拿不是波的東西，來進行雙狹縫實驗，會看到什麼結果呢？讓我們試驗一下。

現在我手邊有一堆的彈珠，前面是用紙板做成的兩道狹縫，後面則是統計彈珠落點的紙板。我們讓這些彈珠朝狹縫的地方滾過去，並在彈珠最後的落點劃下記號；若在同樣位置的記號越多，就代表有越多彈珠打中該位置。

在丟了一百顆彈珠之後，我們可以看到，扣除掉一部份因為路徑被擋住、通不過狹縫的彈珠之外，彈珠最終抵達的位置，大致分別以兩道狹縫的正後方為最多，呈現兩個區塊的分布，不像先前光的雙狹縫干涉實驗中，出現明暗相間的變化。

所以，我們得到結論：若是拿具有物理實體的東西進行雙狹縫實驗，因為其一次只能選一邊通過，所以落點最終只會聚集在兩個狹縫後方的位置；而且要是行進的路徑不對，還可能會被擋住。

至於波的情形，那就不同了，只要狹縫的大小適當，波可以同時通過兩個狹縫，並互相干涉，產生明暗相間的條紋。

換言之，是波，還是物質，兩者在雙狹縫實驗的表現是截然不同的。

只不過，以上的實驗似乎並沒有什麼太令人感到意外的地方，我們也看不出來，它跟量子，還有意識，到底有什麼關係？事實上，若要真正顯示出它的獨特之處，就要來看電子的雙狹縫干涉實驗。

電子的雙狹縫干涉實驗

我們知道，電子是組成原子的基本粒子之一，而原子又組成了世間萬物。可以說，電子是屬於物質的一種極微小粒子。

在電子的雙狹縫干涉實驗，科學家朝雙狹縫每次發射一顆電子，並在發射了很多顆電子之後，觀察電子的最終落點分布會怎麼呈現。

既然電子是物質的微小粒子，那麼在想像中，應該會跟我們前面使用彈珠得到的結果差不多，電子會分別聚集在兩道狹縫後方的區域。

從實驗的記錄影片中可以看到，在一開始、電子數量還很少的時候，其落點比較難看得出有明顯規律，但隨著電子的數目越來越多，我們慢慢能夠看出畫面上具有明暗分布，跟使用光進行雙狹縫實驗時得到的干涉條紋，有著類似的結構。

這樣的結果，著實令人困惑。直覺來想，既然電子是一顆一顆發射的，它勢必不可能像光波一樣，同時通過兩個狹縫，並且兩邊互相干涉，產生明暗相間的條紋。

但無可否認，當我們用電子進行雙狹縫實驗時，最後得到的結果，看起來就跟干涉條紋沒什麼兩樣。

對這出人意表的觀測結果，為了搞清楚發生什麼事，科學家又做了更進一步的實驗：

在狹縫旁放置偵測器，以一一確認這些電子到底是通過哪一個狹縫、又如何可能在通過狹縫後發生干涉。

這下子，謎底就能被解開了――正當大家這麼想的時候，大自然彷彿就像在嘲笑人類的智慧一樣，反將一軍。

科學家發現，如果我們去觀測電子的移動路徑，只會看到電子一顆一顆地通過兩個狹縫其中之一，並最終分別聚集在兩個狹縫的後面――換言之，干涉條紋消失了！

在那之後，科學家做過無數類似的實驗，都得到一樣的結果：只要你測量了電子的路徑或確切位置，那麼干涉條紋就會消失；反過來說，只要你不去測量電子的路徑或位置，那麼電子的雙狹縫實驗就會產生干涉條紋。

在整個過程中，簡直就像是電子知道有人在看一樣，並因此調整了行為表現。

在日常生活中，若有人要做壞事，往往會挑沒人看得到的地方；反過來說，當有其他人在看，我們就會讓自己的言行舉止符合公共空間的規範。

量子系統也有點像這樣，觀測者的存在與否，會直接影響到量子系統呈現的狀態。

只不過，這就帶出了一個問題：到底怎麼樣才算是觀測？如果我們在雙狹縫旁邊只放偵測器不去看結果算嗎？我們不放偵測器只用肉眼在旁邊看算嗎？或是，整個偵測過程沒有人在場算嗎？

這就是量子力學裡著名的觀測問題（measurement problem）。

結語

在量子力學剛開始發展的數十年，有許多地方都還不是那麼清楚，觀測問題就是其一。在歷史上，不乏一些物理學家，曾經認真思考，是否要有「人的意識」參與其中，才能代表「觀測」。

如果真是這樣的話，那麼「意識」就存在非常特別的意義，而且似乎暗示人的意識能夠改變物質世界的運作。

可以想見地，上述出自量子力學觀測問題的猜測，後來受到部分所謂靈性導師跟身心靈作家的注意，於是，形形色色宣揚心靈力量或利用量子力學原理進行療癒、冥想或身心靈成長的偽科學紛紛出籠，直到近年都還非常流行。

另一方面，可能因為量子兩個字帶給人一種尖端科學的想像，坊間琳瑯滿目的商品即使跟量子力學一點關係都沒有，也都被冠上量子兩字；除此之外，商品宣傳裡也常出現一堆量子能量、量子共振等不知所謂的概念，不然就是濫用量子力學的專有名詞如量子糾纏、量子穿隧等，來幫自己的商品背書。只要有量子兩字，彷彿就是品質保證，讓你靈性提升、身體健康、心想事成。

對此，我就給三個字：敢按呢（Kám án-ne）？

事實上，量子力學至今仍是持續演進的學問，我們對量子力學的理解也隨時間變得越來越豐富。現代的物理學家，基本上不認為我們可以用意識改變物質世界，也不認為「意識」在「觀測」上佔據一席之地，甚至可以說正好相反，人的意識在觀測上根本無關緊要。

不過，我們不會那麼快就直接進入觀測問題的現代觀點。在之後接下來的幾集，我們會先從基本知識開始說起，循序漸進，讓你掌握量子力學的部分概念。而在本系列影片的最後一集，我們才會重新回到觀測問題，並介紹量子力學領域近幾十年來在此問題上獲得的進展。

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