제36호(12-1월) | 4차 산업혁명기술의 국방 적용 가능성
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Written by 김정윤(한길C&C, M&S 연구소 소장, 이사, 공학박사) 작성일19-04-08 13:14 조회1,899회 댓글0건본문
4차 산업혁명기술의 국방 적용 가능성
김정윤
한길C&C, M&S 연구소
소장, 이사, 공학박사
서론
4차 산업혁명은 우리 국방에 어떠한 영향을 미칠 수 있을까. 본 글은 4차 산업혁명의 주요 분위기 메이커인 기술 열한 가지를 선별해서 기여할 수 있는 부분을 각각 나열하였다. 이 기술들은 국방 분야의 '혁신' 및 '파괴적' 효과를 줄 수 있는 후보라고 볼 수 있다. 군사 역량강화를 위한 혁신은 새로운 기술, 제품, 프로세스 또는 서비스를 만드는 것뿐만 아니라 기존 기술을 다양하게, 또는 다른 도메인에 융합 적용하는 것을 포함한다. 혁신 및 파괴적 효과는 융합 결과에 큰 변화를 야기할 것이다. 다음은 나열된 열한 가지 기술이다.
① 안보분야 인공지능(AI) 및 인지컴퓨팅
② 안보분야 빅데이터 데이터 분석
③ 인공지능(AI) 활용 사이버 안보
④ 국방 사물인터넷 (DIOT)
⑤ 국방 블록체인 기술
⑥ 로보틱스
⑦ 자동화 : 무기체계, 의사결정
⑧ 적층제조
⑨ 안보분야 미래 첨단소재
⑩ 차세대 염기서열(NGS NGS : Next Generation Sequencing
) 적용 생물학 위협 대응
⑪ 기타 (연결 및 표시기술)
본론
파괴적인 혁신은 운영방식을 근본적으로 변화시키며, 이러한 혁신은 새로운 기술(enablers)과 새로운 패러다임(paradigm)에 의해 시간이 지남에 따라 기존의 전통적이고 진화적인 진보(점진적 혁신)의 한계를 넘는 성과를 달성하기도 한다. 반면 점진적 혁신은 기존 제품, 서비스, 프로세스, 조직 또는 방법의 성능을 개선시키는 데 국한한다. 성공적인 국방혁신은 파괴적 혁신 및 점진적 혁신, 모두 같이 요구될 것이다. 과거에는 국방분야 기술진보 (GPS, 인터넷, ...)가 혁신을 주도했지만 오늘날에는 민간, 상용시장에 의한 동력이 혁신을 주도할 것이다.[EDA EDA : European Defense Agency. EDA는 유럽군사 보도협회의 구성원이다. 2017] 이미 빅데이터를 활용한 테러징후 포착이라든지, 자율적 지능의 드론 등, 민간분야의 기술진보가 국방에 영향을 미치기 시작했다. 이러한 민간 기술은 최근에 4차 산업혁명을 일으키는 것으로 각광을 받고 있는 중이다. 각 기술 별로 국방분야에 어떤 영향을 미칠 수 있을지 알아보자.
① 안보분야 인공지능(AI) 및 인지컴퓨팅
지난 세기에 컴퓨터는 인간능력을 훨씬 뛰어 넘는 속도로 수학연산 및 데이터 저장을 제공하는 기능을 가진 기계였다. 그런데 최근에는 인간의 지능이라고 부를 수 있는 것과 유사한 솔루션으로 데이터, 환경 및 자체 오류로부터 학습을 통해 적응하는 것이 가능한 '인지 컴퓨팅(cognitive computing)'으로 발전한다.[Pearce, 2018]
신경망을 기반으로 하는 Deep Learning은 2009년 이후 이 분야의 획기적 도약을 가능케 했다. 데이터 분석을 사용하여 추세를 예측하고 기존 네트워크 및 센서에서 제공되는 데이터의 바다에서 숨겨진 정보와 패턴을 발견한다. Google, Apple 또는 Facebook과 같은 회사가 민간 분야에서 얻은 매우 성공적인 결과를 활용하여 국방영역에서 활용할 수 있을 것이다. 이 기술은 암호화된 네트워크에 대한 악의적 트래픽 탐지, 걷는 사람들의 걸음걸이 및 몸짓 식별 또는 해상선박의 비정상적 동작탐지와 같은 다양한 애플리케이션에 적용 가능할 것이다.
<로봇과 인간이 협업하는 영화의 한 장면 : 공격여부와 같은 중요판단은 사람이 하고 공격위치 도달이나 사격같은 세부 판단은 로봇이 할 수 있도록 하는 자율적 지능이 요구됨>
② 안보분야 빅데이터 데이터 분석
빅데이터는 인터넷상의 디지털 데이터가 증가하고 인터넷에 연결된 객체의 수가 증가한 결과이다. 본질적으로 전통적인 컴퓨팅 기능(스토리지, 분석, 전송 네트워크 및 시각화)이 더 이상 다룰 수 없는 양, 속도, 복잡성 또는 품질에 대처할 수 없는 상황에서 부각된 것이 빅데이터이다. 빅데이터는 의사결정을 개선하고 경향을 예측하기 위해 현재 민간 분야에서 활용되고 있다. 통신 및 운송 회사가 고객의 행위를 예측하고 슈퍼마켓은 판매할 제품, 자동차 보험회사는 고객 운전능력을 예측할 수 있다. 이를 활용하면, 예를 들어, 테러리스트의 징후를 파악할 수 있게 해주는 것처럼 다양한 예측에 적용할 수 있을 것이다. 다음 그림은 미육군에서 적용하고 있는 빅데이터 적용내용이다. [EDA 2017], [Brunet, J.2015]
<다양하고 대량으로 입력되는 정보를 통해 유형분석 및 위협특성을 식별하는 개념>
③ 인공지능(AI) 활용 사이버 안보
정보흐름의 증대로 관리 및 구조화가 어려워지고 불필요한 부분과 중요한 부분을 분리하기가 점점 어려워지고 있다. 사람이 감시하는 것으로는 감당하기 어려운 노이즈가 발생하는 것이다. AI 솔루션은 사이버 안보, 의사결정, 위험관리, 패턴인식, 사이버 상황인식, 악성코드 탐지 및 데이터 상관관계 파악 등과 같은 분야에 적용되는 것과 같이 사람을 대체할 수 있을 것이다. 사이버 위협 대응은 매우 빠르게 공격의 초기단계에 이루어져야 하는데, 기계만이 효율적으로 반응할 수 있다. 따라서 AI는 전통적인 사이버 보안방안의 한계를 극복할 수 있게 한다. 또한 악성 코드 탐지율을 향상시킬 수 있는 강력한 메커니즘을 제공한다. AI 사이버 보안시스템은 위험노출의 지표를 파악하고 네트워크 전체에 흩어져 있어도 작은 단서의 특성도 식별할 수 있다.[Sears, 2018]
<머신러닝을 이용한 사이버 위협 탐지 개념. 위협탐지 유형별 적용가능한 머신러닝 영역.>
④ 국방 사물인터넷 (DIOT Defense Internet of Things)
인터넷은 국방분야에서 시작되었다. 냉전 중이던 70년대의 미국에서 개발된, 스위칭과 프로토콜을 통해 생존성을 높인 DARPANet이란 통신 네트워크로부터 인터넷이 비롯되었다. 최근에는 컴퓨터 및 통신을 넘어서 자동차, 시계, 식품포장, 가전제품 및 기타 여러 제품에 인터넷을 연결한 것이 사물인터넷(IoT)이다. 즉 민간분야 및 상업분야가 IoT 혁명의 주요 동인이다. 방산분야 기술연구(R&T Research and Technology.)는 Network Centric Warfare와 Network Enabled Capability (NEC)의 개념을 지속적으로 발전시키는 가운데, 착용로봇을 포함한 병사 착용 시스템에 광범위한 System of Systems 내의 노드로 포함되고 있다.
NEC는 사이버 공격에 대비해야 하는데, 계속 변화하는 전장상황은 이러한 대비를 어렵게 하는 요소이다. IoT는 이런 측면에서 유용한데, 전장에 꼼꼼하게 배치된 무수한 센서를 사용하여 다양한 분쟁 또는 전투 지역에 대한 높은 상황인식 및 통제를 확보할 수 있다. 수백만 개의 센서는 지휘관에게 효과적인 작전을 수행할 수 있게 한다. 다양한 이기종(heterogeneous) 장치 위의 센서 네트워크의 효과적인 관리기술은 시가전과 같은 도시 환경에서 더욱 필요하다. [EDA 2017] [Deloitte, 2017]
<Network-Centric Operation의 개념 : 네트워크 상에 포함되는 수많은 센서는 보다 정확한 상황인식을 가능하게 한다. (IoT)>
⑤ 국방 블록체인 기술
현재 블록체인(blockchain) 및 기타 분산원장기술은 금융분야를 넘어서서 다양한 분야에 적용되고 있다. 지금까지 블록체인은 데이터 보안계층을 포함시켜 디지털 거래에 대한 사용자의 신뢰를 확보하여 비트코인이라는 '가상화폐(암호화화폐) Crypto Currency'를 유지하기 위한 기본 프로토콜로서만 역할을 했다. 물론 이 기술은 비트코인을 비롯한 투기라는 사회적 부작용을 낳았지만, 적절한 적용을 한다면 무한한 가능성이 있다.
기밀성과 무결성을 보장하는 암호화된 디지털 원장을 저장하고 공유하는 특성은 결과적으로 네트워크 침입의 가능성을 줄여 줄뿐만 아니라 침입하는 적에게는 엄청난 비용을 부과한다. 이 기술은 대규모 분산 네트워크가 데이터의 유효성을 증명할 수 있고 영구적인 보안 디지털 레코드를 보유하기 때문에 높은 신뢰도의 디지털 데이터를 확보할 수 있게 한다. 즉, 이러한 암호화는 CIS Computer and Information System. 보안의 기본이다. 정보보안, 인증, 데이터 무결성 및 탄력성을 제공하는 블록체인은 안보분야에서 새로운 가능성을 제시한다. [EDA 2017] [Gottlieb, 2017]
<DARPA에서 시도 중인 블록체인을 적용한 분산형 네트워크 : 좌측의 중앙집중식 데이터 대신 전체 노드에 동일한 데이터를 보관함으로써 데이터의 생존성을 높임.>
⑥ 로보틱스
로보틱스 및 자율시스템(RAS Robotics and Autonomous Systems.)은 민간영역에서 이미 광범위하게 사용되고 있다. 특히 기술발전으로 비용 및 부피가 감소한 반면 유연한 상호작용이 가능하다. 이와 같이 로봇과 멀티 로봇(MRS Multi-Robots System (or Swarm).)은 예측 가능한 미래에 군사작전에서 인간에게 위험하거나 복잡한, 또는 불가능하다고 여겨지는 작업을 수행할 수 있을 것이다. 또한 RAS는 감시 및 지뢰제거와 같은 기존의 더럽고 지루하고 위험한 작업뿐만 아니라, 예상치 못한 유형의 임무도 구상할 수 있게 할 것이다.
로봇은 자율수준이 더욱 높아질수록 인간의 감독 없이 할당된 작업을 수행할 가능성이 높아진다. 아직 신뢰할 수 있는 자율성은 초기단계에 있으며 관련 법률 및 윤리적 기본 틀을 수립하는 것 외에도 신뢰할 수 있는 감지 및 데이터 획득, 인간과 기계간 통신 및 통합, 검증/확인 및 평가 Verification, Validation and Evaluation) 방법의 정립이 필요하다. [Brooks, 2018]
<로봇의 적용 : 인간을 더럽고 위험하며 지루한 작업으로부터 해방시킴.>
⑦ 자동화 : 무기체계, 의사결정
지난 10 년 동안 드론의 사용은 특히 무인 시스템의 거대한 가능성을 제시했다. 드론의 잠재력은 모든 군사 활동 및 환경(육상, 해상, 항공 및 우주)에서 발휘되고 있다. 먼저 원격제어 무인시스템에 적용되었는데, 미래에는 AI 또는 인지 컴퓨팅 (cognitive computing)에 의해 보다 높은 수준의 자율성을 갖출 것이다. 탐색분야에서 점차 자체방어분야로 확장되고 있다. 주요 이슈는 특정임무에 적합한 센서 활용 및 작동부분(actuators, launcher, 등) 개발이다.
미해군은 해상 기뢰제거 작업에 고가의 유인선박을 무인선박로봇으로 대체하려 한다. 이 로봇은 경량의 탐색장치를 갖춘 소형의 해상 무인선박으로서 다른 무인선박과 대형을 이룬다. 한편, 수중통신이 주요과제인데, 이는 로봇간의 대형유지, 협동을 위해 필수적이며 보다 높은 자율성을 위한 열쇠로, RACUN Robust Acoustic Underwater Communications Networks. 및 SALSA Smart Adaptive Long & Short Range Underwater Acoustics Networks.와 같은 개발이 유럽에서 진행 중이다
<해상 드론 : 미해군 드론보트>
공중에서 RPAS Remotely Piloted Aircraft Systems.(원격조종 항공기 체계)는 자동화와 자율성이 핵심 요소이다. GNC Guidance, Navigation and Control. (유도, 항법, 제어)와 ADM-H Autonomous Decision Making based coordination techniques for Heterogeneous Autonomous Vehicles.(이기종 자율체계 의사결정 기반 협동기술)가 융합되어 이를 달성하기 위한 연구가 진행되고 있다. 군용 무인체계 그룹의 개체간 협동을 위한 의사결정 알고리즘과 같은 기술이 개발되고 있다. 이러한 기술이 적용된 체계는 지휘관의 지시에 따르되, 복잡한 작업은 자율적으로 처리함으로써, 핵심결정을 제외한 복잡한 결정은 체계가 처리하여 인간의 작업부하를 줄여준다. 한편 자율체계가 무장된 경우 자율수준(autonomy)을 높이는 것은 필수적이다. [Sanchez, 2018]
<공중 드론 : 미해군 팬텀레이>
⑧ 적층제조
3D 프린팅으로 널리 알려진 적층제조(AM Additive Manufacturing.)는 신속하고, 장소에 구애받지 않으며, 유연한 제조와 같은 특성으로 산업경쟁력을 향상시키는 핵심 기술로 인식되고 있다. AM은 이미 민간과 방산에서 사용되고 있으나 군에서는 기술의 잠재력을 충분히 활용하지 못하는 수준이다.[EDA,2017] AM 시장은 도구 및 부품 생산비용 절감, 디자인 향상, 사용자 도달시간 단축, 기술적 및 상업적 경쟁력 향상 등의 강점이 있는데, 군에서는 3D프린팅으로 예비 부품 및 장비구성 부품의 제작을 통해 무기플랫폼의 유지관리에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 항공, 육상 및 해상 방위체계는 복잡하고 특수한 구조를 가지고 있기 때문에 AM의 현장 설계/제조 특성은 매우 큰 기여를 할 수 있다. 또한 AM은 원격 또는 적대적인 환경에 배치된 군대에 물류지원을 향상시키는 데 매우 유망하다. 작전 중 부품고장 및 플랫폼 운송/보관 관련 장애를 극복하는 시간 및 비용을 절감할 뿐만 아니라 유지보수에 필요한 공간도 줄일 수 있다. [Roland Berger, 2017]
<3D 프린팅으로 장비의 부품을 생산하는 개념 : 미육군>
⑨ 안보분야 미래 첨단소재
나노 기술(Nano Technology, NT)은 의학, 전자공학, 생체재료학, 에너지 생산 및 소비제품 등 광대한 적용범위를 가진, 새로운 물질과 기계 생산이 가능해, 생산성 향상에 큰 기여를 할 수 있다. 무기체계는 점점 더 복잡해지며 제작하기 위한 재료도 고도화되고 있다. 이런 맥락에서 국방분야에도 큰 영향을 미칠 수 있는 잠재력이 있다. 첨단소재는 전장으로부터의 위험과 피해를 줄일 수 있는 다양한 영역과, 에너지 확보, 위장, 구조물 및 병사상태 모니터링, 플랫폼 및 병사를 위한 '초지능형' 보호자재 등에 적용될 수 있다. 자체 치유재료, 사이버 보호재료(전자기 간섭에 반응), 생체모방 재료, 가변형 에어포일 등이 등장할 것이다.
현재 운용 중인 주요 육상, 해상 및 항공체계는 향후 2 ~ 30 년간은 토태 없이 기존 플랫폼을 계속 업그레이드하는 식으로 유지되어야 한다. 결과적으로 중반의 업그레이드, 점진적 개선, 긴급운영요구, 수명연장, 등에 대한 필요성이 증가될 것이다. 이 기술은 유지보수 기간과 비용을 줄이는 동시에 플랫폼과 군수지원체계를 보다 더 경량으로 구성할 수 있게 할 것이다. UAVs Unmanned Air Vehicle. (무인항공기) 및 DEW Directive Energy Weapon. (에너지 지향 무기체계)와 같은 신기술이 대두되면서 이를 위한 재료가 필요할 것이다. [DoD, 2009]
<나노기술을 적용한 국방 분야>
⑩ 차세대 염기서열(NGS NGS : Next Generation Sequencing) 적용 생물학 위협 대응
유전자 공학기술은 전염병 초기단계 또는 생체위협 발생 시 유전자형 결정과 같은 전염병 탐지 및 진단에 큰 기여를 할 수 있다. 조만간 값싼 휴대용 염기서열분석장치가 나타날 것이며, 이 장치는 HTS High-Throughput DNA Sequencing. 방법이라고도 불리는 NGS의 패러다임 전환을 가능케 한다. 즉, NGS 활용은 기존의 생물학 방호(일반 식수 및 식품품질관리, 위생의료 목적 등)보다 더 광범위하게 적용될 수 있다.
생물학무기를 탐지할 때 의심되는 병원균의 분자특성을 포함한 과학적 평가를 통해 자연발생인지 의도적 확산인지를 구별하는 것이 중요하다. 자연발생 이외의 병원체 유무 및 유전적 변이 확인을 통해 고의적 확산여부를 확인할 수 있다. 따라서 병원체의 분자특성은 발생의 기원을 확인하고 적절한 조치과정을 거치면서 생물학적 위협에 대응할 수 있다. 현재, 염기서열분석기법은 대규모 장치가 필요하나, 차세대 휴대용/현장배포가 가능한 장치는 탐지 및 유형화 식별의 강력한 수단으로서 각광받고 있다. [EDA, 2017]
<휴대용 염기서열분석장치 : Portable DNA & RNA Sequencer (Nanoporetech)>
⑪ 기타 (연결 및 표시기술)
연결기술은 매체와 매체를 보다 효율적으로 연결하는 것으로, 5G와 LTE(4G) 등이 있다. 그리고 눈으로 보는 표시기술은 고정형으로 보는 UHD-TV와 이동형으로 보는 가상현실 및 증강현실 등이 있으며, 이를 통해 좀 더 빠르게, 좀 더 편리하게, 좀 더 많이 접속(access)할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 이러한 기술은 국방분야의 전투훈련, 장비정비훈련, 장비정비수행 등에 적용될 수 있으며, 현재 이 분야는 많이 진행되어 있다고 볼 수 있다.
<증강현실 : 실제 물체 위에 도시된 가상의 3D 모델>
<증강현실 : 가상의 3D 모델의 분해도가 애니메이션으로 나타남>
표시기술은 주로 가상현실(Virtual Reality)와 증강현실(Augmented Reality)로 구분될 수 있다. 이 기술은 고가의 매우 복잡한 장비로서 정비오류가 있을 경우 인명피해나 막대한 재산피해를 야기할 수 있는 경우, 그리고 정비훈련 자체에 많은 비용이 소요되는 경우에 효과적으로 활용될 수 있다.
가상현실(VR Virtual Reality.)은 주로 공군에서 주도하고 있으며, 공군에서 발주한 IMTC Integrated Maintenance Training Center. 사업의 일환으로 가상현실교육훈련 부분이 개발되고 있다. 이외에도 공군의 폭발물제거반(EOD Explosive Ordnance Disposal.)의 훈련체계에 가상현실을 도입하려는 시도가 있다.
<공군 F-15K 통합정비훈련체계(IMTC) 가상현실 기능>
증강현실(AR Virtual Reality.)은 아직 군에서 본격적으로 적용하지 않고 있지 않은 상황에서, 산업자원부에서 군 적용을 모색하기 위한 기초기술 연구가 진행되고 있다. 산업자원부 지원과제로 공군 운용장비의 부품에 부품 조립도 및 구성도가 실제 부품에 나타나도록 표시하는 기술에 증강현실이 적용되었다. 이 기술은 정비훈련뿐만 아니라 정비사의 정비작업을 가이드하는 형태로 정비수행에도 적용될 수 있다.
<AR기반 고도장비 정비훈련체계 플랫폼>
AR 기술은 정비의 공간적인 제약을 극복할 수 있는 가능성을 제시한다. 원격지에 불시착한 항공기의 경우 해당 항공기에 대한 전문 정비사가 불시착한 원격지로 장비와 함께 신속하게 이동하고 전개되어야 한다. 이런 물리적인 제한사항은 긴급히 항공기를 수리하는데 한계가 있다. 그러나 원격지의 상주하는 비전문 정비사가 AR을 활용할 수 있다면 전문정비사의 가이드를 받아 정비를 수행하는 형태로, 신속한 정비지원을 할 수 있게 한다. [ATC, 2018]
<AR 기술을 활용한 원격정비 개념>
결론
국방분야는 기술을 적용할 때는 이미 검증되고 안정화된 기술에 대해서 주로 고려한다. 일반적으로 신기술은 적용하기에 아직 미성숙하기 때문에 검증되기 전이거나 불안정한 경우가 많은데, 그래서 군 입장에서는 신기술이 민간부분에서 상용화되고 활용되는 상황이고 성숙한 단계에 접어들었다는 것이 입증되면 쉽게 받아들일 수 있다. 그러나 일반적으로 신기술이 그런 상황에 있지 않으므로 별도의 안정화를 위한 연구개발을 수행한다.
이 글에서 그 가능성이 있는 10가지 기술요소 별로 그 개요 및 적용방안에 대해 예시하였다. 국방분야의 신기술 적용은 당대의 적절한 군사력 확보를 위해 필수적인 것이며, 이를 위해 선제적인 투자를 통해 연구를 수행해야 한다. 따라서 성숙되지 않은 기술이라도 적용가능성이 있는 신기술을 모색하고, 적절하게 투자하는 것은 군사력 확보 및 국가예산 절감에 있어서 매우 중요하다. 이 글을 통해 신기술 모색을 위한 안목을 키우는데 있어 조금이나마 도움이 되었으면 하는 바람이다.
참고문헌
● [ATC, 2018] ATC “고도장비 정비교육을 위한 증강현실 및 머신러닝 적용 교육훈련 플랫폼 기술,” 우수기술연구센터(ATC), 산업자원부 과제 차단계 사업계획서, 2018. 11.30.
● [Brooks, 2018] Brooks, K., “How robots are chaging the defence sector,” 「Robotics」, Current by Distreclec (https://www.distrelec.de/current/en/robotics/how-robots-are-changing-the-defence-sector/), 31 Aug. 2018.
● [Brunet, 2015] Brunet, J., “Application of Big Data for National Security : Chapter 7 – Military and Big Data Revolution,” 「A Practitioner's Guide to Emerging Technologies」, ScienceDirect, 2015, pp. 81-107.
● [Deloitte, 2017] “Defense Policy and the Internet of Things,” 「Disrupting Global Cyber Defenses」, Deloitte Tohmatsu Consulting LLC., 2017.
● [DoD, 2009] Director, Defense Research & Engineering, “Defense Nanotechnology Research and Development Program,” Department of Defense, Dec., 2009.
● [EDA, 2017] EDA, “10 Upcoming Disruptive Defense Innovations,” 「European Defence Matters」, 2017, Issue 14.
● [Gottlieb, 2017] Gottlieb, C. “BLOCKCHAIN IN AEROSPACE AND DEFENSE,” Accenture, 2017.
● [Pearce, 2018] Pearce, R., “Defence eyes cognitive computing to strengthen information management: Uses on-premises version of IBM’s Watson,” 「Computerworld」, 17 May, 2018.
● [Roland Berger, 2017] Roland Berger study, “Additive Manufacturing in Aerospace and Defense,” Roland Berger Management consulting company, May 2018.
● [Sanchez, 2018] Sanchez, W.A., “The future of drone and counter-drone technology,” Defence IQ (https://www.defenceiq.com/defence-technology/news/new-drone-and-counter-drone-technology), 8 Nov., 2018.
● [Sears, 2018] Sears, A, “Why to Use Artificial Intelligence in Your Cybersecurity Strategy,” IT Management, Jan., 3, 2018.
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