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構造光計測

構造光計測(Structured Light Measurement)は、3Dスキャニングや3D形状計測のための技術の一つです。この方法は、既知のパターンの光(例えば、格子やストライプのパターン)を物体に照射し、その光が物体の表面に当たるとどのように変形するかをカメラで捉えることによって、物体の3D形状を計測します。

構造光計測の基本的な手順は以下のとおりです:

  1. 光源の選択:特定のパターンの光を物体に投影します。この光のパターンは事前に知られている必要があります。
  2. パターンの投影:特定の光のパターン(例:縞模様や格子)を物体の表面に照射します。
  3. 画像の取得:カメラを使用して、投影されたパターンが物体の表面でどのように変形したかの画像を取得します。
  4. データの解析:カメラで取得した画像から、物体の表面の3D形状を再構築するための計算を行います。この計算は、光のパターンが物体の表面でどのように変形したか、そしてカメラと光源の相対的な位置関係を基にして行われます。

構造光計測の利点:

  • 高精度で3D形状を計測できる。
  • 環境光の影響を受けにくい。
  • 比較的シンプルなセットアップで実施できる場合が多い。

欠点:

  • 複雑な物体や透明な物体、反射する物体に対しては計測が難しい場合がある。
  • 静止した環境での計測が必要となる場合が多い。

近年、構造光計測はさまざまな分野、特に製造業やエンターテインメント、医療、文化遺産の保存などの分野での3D形状の取得や検査に利用されています。

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モノづくり

モノづくりに関連するキーワード
「モノづくり」は、英語で「manufacturing」や「making things」などと翻訳されることが多い日本独特の言葉です。日本の伝統的な工芸品から最先端の技術産業に至るまで、緻密で綿密な手法を用いることを強調しています。以下は、モノづくりに関連するいくつかのキーワードや考え方を示す言葉です。

  1. 精密: 細かい部分まで注意を払って製作すること。
  2. 継続: 長い時間をかけて継続的に努力すること。
  3. 技術: 製品やサービスの品質を高めるための方法や手段。
  4. 職人: 長い時間をかけて技術を磨いた専門家。
  5. 品質: 製品やサービスの優れた性質や特性。
  6. 改善: 既存のものをより良くするプロセス。例:「カイゼン」は日本の持続的な改善の哲学。
  7. 伝統: 長い歴史の中で受け継がれてきた方法や技術。
  8. 革新: 新しい方法や技術を取り入れること。
  9. 効率: 資源を最小限に使用して最大の効果を上げること。
  10. 持続可能: 環境や社会に配慮して長期的に継続できるものづくり。

モノづくりの背景には、日本の文化や歴史、地理的条件などが影響しています。限られた資源や土地を活用して、高品質な製品やサービスを提供するための努力が日常的に行われています。


【日本のモノづくり】
日本のモノづくり
日本のモノづくり(製造業)は、長い歴史と独自文化の背景の中で発展してきました。


1.職人文化(匠の精神)

日本のモノづくりは、古くから伝わる職人文化によって支えられてきました。

  • 完璧を追求する姿勢
  • 細部へのこだわり
  • 伝統技術の継承と何よりも
    、刀鍛冶や陶芸などの伝統工芸は、技術力と美意識の高い象徴性を持っています。

2.品質へのこだわり

第二次世界大戦後、日本は「品質管理」を重視し、特に1960年代以降、TQM(総合的品質管理)やカイゼンといった手法を取り入れました。これにより、日本製品は世界的に高い評価を会いました。


3.共同体意識とチームワーク

日本の企業文化では、和(調和)や共同体意識が強調されます。従業員が一体となって目標を追求する体制は、効率的な生産と持続的な改善を可能にしました。


4.資源の限界からの工夫

日本は資源が欠乏している国であり、輸入に依存してきました。 そのため、省エネルギー技術高効率な製造プロセスの開発が重要視されました。
例:トヨタ生産方式(TPS)は、無駄を気づかないように除外する「リーン生産」の代表例です。


5.教育と技術訓練

日本では理工系教育重視され、大学や専門学校での教育と、企業内での技術訓練が充実しています


6.グローバル化と革新

1980年代以降、日本企業はグローバル市場を視野に入れ、海外進出を進めながら、ロボット技術半導体製造といった先端分野で革新を進めてきました。


スペック

  • 自動車産業(トヨタ、ホンダ):高品質と燃費の向上
  • エレクトロニクス(ソニー、パナソニック):飽き飽きする力設計と耐久性
  • ロボット産業(ファナック、川崎重工):産業用ロボットの先駆者

これらの背景により、日本のモノづくりは「高品質」「信頼性」「技術力」で世界的に評価され続けています。デジタルや技術環境技術の活用が今後のカギとされています。

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デジタル

デジタル技術

デジタルという語は、コンピューターやエレクトロニクスの世界で頻繁に使用されます。デジタル技術は、情報を二進数(すなわち、0と1)を使用して表現します。これに対して、アナログ技術は情報を連続した波形で表現します。

デジタル技術の利点には以下のようなものがあります:

  1. 高精度:デジタルデータは非常に精度が高く、データの複製や伝送が可能で、その過程で情報の損失がほとんどありません。
  2. 容易な操作:デジタルデータは簡単に操作でき、数学的な演算やデータの変換が可能です。これにより、音声や映像などの情報を処理するデジタルシステムが可能となります。
  3. 大量のデータ保存:デジタルデータは物理的な空間をそれほど必要とせず、大量の情報を小さなデバイスに保存することが可能です。

デジタル技術は、情報技術、コンピューターサイエンス、電子機器、デジタルメディアなど、さまざまな領域で広く利用されています。それは、私たちの生活を劇的に変え、情報のアクセス、コミュニケーション、エンターテイメントなどの方法を根本的に変えました。しかし、デジタル化はプライバシーやデータセキュリティなどの問題も引き起こし、これらの問題に対処するための新たな戦略と解決策が必要とされています。


【コンピュータサイエンス】
コンピュータサイエンス

コンピュータと計算の理論、アルゴリズム、ハードウェアとソフトウェアの設計、そしてそれらの応用を研究する学問分野です。以下は、コンピュータサイエンスの主要な分野とトピックの概要です:


1. アルゴリズムとデータ構造

  • アルゴリズム:特定の問題を解決するためのステップバイステップの手順。効率的で正確な解決法が求められます。
  • データ構造:情報を整理・折りたたむ・アクセスするための方法(例:配列、リスト、スタック、キュー、木、グラフ)。

2. プログラミングとソフトウェア開発

  • プログラミング言語:Python、Java、C++、JavaScriptなどが主流。
  • ソフトウェア開発:要件分析、設計、修正、テスト、保守を含むプロセス。
  • フレームワークとライブラリ:効率的な開発のためのツール(例:React、Django)。

3. コンピュータアーキテクチャ

  • コンピュータの内部構造(CPU、メモリ、記憶装置など)を研究しています。
  • パフォーマンス向上や省エネ技術が研究テーマ。

4. 操作システム(OS)

  • コンピュータを効率的に動作させるためのソフトウェア。
  • Windows、macOS、Linux、Androidなどが代表例。

5. ネットワークとセキュリティ

  • ネットワーク:データ通信の仕組みやプロトコル(例:TCP/IP)。
  • セキュリティ:データの保護やサイバー攻撃の防止技術(例:暗号化、ファイアウォール)。

6. 人工知能(AI)と機械学習(ML)

  • AI:知能を持つコンピューターシステムの開発。
  • ML:データを利用してパターンを学習し、予測や分類を行う技術。

7.データベース

  • 情報を効率的に保存・検索する仕組み。
  • SQLやNoSQLデータベースが利用されます(例:MySQL、MongoDB)。

8. 理論計算機科学

  • 計算可能性と計算複雑性の理論を研究します。
  • P対NP問題のような未解決問題も含む。

9. ヒューマンコンピュータインタラクション(HCI)

  • コンピューターと人間の効果的なインターフェース設計を模索。
  • ユーザーエクスペリエンス(UX)デザインも含まれる。

10. ロボティクスとエッジコンピューティング

  • ロボティクス:ハードウェアとAIの組み合わせによる自律システムの設計。
  • エッジコンピューティング:クラウドとは異なり、データ処理をデバイス近くで行う技術。

コンピューターサイエンスは、日々進化する分野です。 興味のある分野を掘り下げることで、特定のスキルや知識を深く掘り下げることができます。

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物理的なアナログものづくり

物理的なアナログものづくり

アナログのものづくりとは、具体的な物理的特性や連続的な変化に基づいて製品やシステムを設計・製造することを指します。これは、デジタルなデータ処理や情報表現が中心のデジタルのものづくりと対比されます。

アナログのものづくりには以下のような特徴や考え方があります:

  1. 連続性: アナログシステムは、通常、物理世界の連続性を反映しています。例えば、音を記録するためのアナログシステム(LPレコードなど)では、音の波形が連続的に記録されます。これはデジタルシステムとは対照的で、デジタルシステムでは音の波形が離散的な数値に変換されます。
  2. 物理的性質: アナログの製品は物理的特性に大いに依存します。例えば、アナログ時計の仕組みは機械の動きや重力などの物理的性質に基づいています。
  3. 耐久性と信頼性: アナログシステムは一般的にシンプルな設計をしているため、故障が少なく、長持ちすることが多いです。また、アナログのデータは物理的な形式で記録・蓄積されるため、データの損失や劣化が少ないです。
  4. 直感性と感覚的理解: アナログの製品は通常、使用者に対して直感的で感覚的な理解を可能にします。例えば、アナログのメーターやダイヤルは一目で状態を理解することができます。

アナログのものづくりは、工芸品、楽器、機械式時計、アナログオーディオ機器、アナログカメラ、伝統的な美術など、様々な分野で見られます。デジタル化が進む現代でも、アナログの製品はその特有の質感や体験、信頼性から引き続き需要があります。


【職人の技】
物づくりの職人の技

物づくりの職人の技は、日本の伝統や文化の中で非常に重要な役割を迎えました。 職人技とは、長年にわたる経験と努力によって磨かれた高度な技術や技術、そしてそれに裏打ちされこの技術は、ただの手作業ではなく、芸術性や心を込めたものづくりとして評価されることが多いです。

以下は、職人技についての重要なポイントです:

1.伝統の継承

日本では、漆器、陶器、刀鍛冶、織物、木工細工など、多くの伝統工芸が受け継がれてきました。 これらの技術は、師匠から弟子へと代々受け継がれる中で、地域の特性や文化とともに進化し続けています。

2.細部へのこだわり

職人は、非常に細かい部分まで注意を払い、完璧な仕上がりを追求します。 同様に、茶道具の茶碗や和傘などは、見た目の美しさだけでなく、使いやすさや耐久性も考慮されています。 。

3.手作業の魅力

現代では大量生産が可能ですが、職人の手作業は、機械では再現できない独自性や温かみを持っています。 一点一点が唯一無二であることが、多くの人々に感動を与えますます。

4.技術の進化と挑戦

伝統技術を守るだけでなく、新しい素材や現代的なデザインを取り入れた作品を生み出している職人も増えています。これにより、伝統工芸は時代を超えて人々に愛され続けています。

5.心と技の融合

職人の技術には、その人の心や信念が込められています。例えば、刀鍛冶の職人は、単体武器としてではなく、魂を込めた作品として刀を鍛え上げます。

職人の技は、日本だけでなく世界中でも注目され、多くの人々に感動を与えています。また、若い世代の中にもこの技術を学び、新たな形状で発展させたいという楽しい人々が物づくりの職人技、人々がものに対する愛着や文化的な価値を再発見することができます。

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CAD/CAM

CAD/CAMとは、Computer-Aided Design(CAD)とComputer-Aided Manufacturing(CAM)の略で、コンピュータによる製品設計と製造を指します。

  1. CAD(コンピュータ補助設計): 設計プロセスの一部またはすべてを自動化し、製品の設計を助けるためのコンピュータベースのツールです。CADソフトウェアは、製品の3Dモデルを作成し、それらのモデルに基づいて詳細な製造図を作成するために使用されます。これは、製品設計の精度を向上させ、設計プロセスを迅速化するのに役立ちます。
  2. CAM(コンピュータ補助製造): CAMは、製造プロセスを自動化するためのコンピュータベースのシステムです。CADによって作成された設計を使用して、製品の製造方法を計画し、CNC(Computer Numerical Control)マシンなどの製造装置を制御します。

CAD/CAMシステムは、製品のライフサイクル全体を通じて効率を向上させるために、製造業やエンジニアリングの分野で広く使用されています。これらのシステムは、製品の設計から製造までのプロセスをより短縮し、効率化し、コストを削減することができます。さらに、CAD/CAMシステムを使用することで、エンジニアや設計者は製品をデジタル環境でテストし、潜在的な問題を早期に特定することが可能になります。


CNC(Computer Numerical Control、コンピュータ数値制御)は、コンピュータを使って機械を自動制御する技術です。主に作業機械(CNCフライス盤、CNC旋盤、CNCルーターなど)にれ、CAD(設計)やCAM(加工プログラム)と連携して精密な加工を行います。

CNCの特徴

  1. 高精度人間の手作業よりも正確に加工できる。
  2. 自動化一度プログラムを設定すれば連続して作業が可能です。
  3. 再現性– 同じプログラムを使えば、同じ品質の部品を何度でも可能。
  4. 複雑な形状の加工– 3軸、4軸、5軸制御により、複雑な3D形状の加工も可能です。
  5. 効率向上-生産時間短縮し、材料の無駄を削減できる。

CNCの主な用途

  • 金属加工(自動車部品、航空機部品など)
  • 木工(家具、彫刻)
  • 樹脂加工(プラスチック部品、モールド製作)
  • PCB加工(電子基板の切削)

CNCの動作原理

  1. CAD設計– 設計ソフト(AutoCAD、Fusion 360など)でモデルを作成します。
  2. CAM変換– モデルをGコードに変換(加工パスを生成)。
  3. CNC加工– CNCマシンがGコードを追って、材料を切削。

CNCは製造業をはじめ、多くの分野で活用されています。

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製品モデルの原型

製品モデルの原型は、実際の製品を設計や生産する前の初期段階で作成されるモデルのことを指します。これは、設計者が製品の見た目、機能、サイズなどを確認し、必要に応じて改善や修正を加えるために使用されます。また、製品モデルの原型は、製品の市場性や需要を調査するためのものとしても使用されます。

製品モデルの原型は、概念原型、視覚的原型、作業原型、ユーザー体験原型など、その目的に応じてさまざまな形で存在します。

  1. 概念原型: これは製品のアイデアを物理的に表現するためのモデルであり、主に新しいアイデアを他の人に示すために使用されます。
  2. 視覚的原型: このタイプの原型は、製品の最終的な形状やサイズを示すために作られます。通常は実際の製品と同じ材料は使用されません。
  3. 作業原型: これは製品がどのように機能するかを示すもので、一部またはすべての機能を具現化しています。しかし、見た目は実際の製品とは異なる場合があります。
  4. ユーザー体験原型: これは製品がどのように機能し、どのように使用されるかをユーザーに示すためのものです。この原型は、製品の使用感や使用感を評価するために使用されます。

これらの原型は通常、CAD(Computer-Aided Design)ソフトウェアや3Dプリンターなどの技術を用いて作成されます。また、原型製作の過程で得られたフィードバックを元に製品の設計を改良し、ユーザーニーズを満たす最終的な製品を作り出します。


【デザインのフィードバック】


デザインの観点

  1. 視覚的魅力
    • 高級感:素材(例:ガラス、金属、マット仕上げのプラスチック)やカラー(ゴールド、シルバー、パールカラーなど)の選択。
    • トレンド感:現在の市場トレンド(ミニマル、ナチュラル素材使用、カスタマイズ可能なデザインケースなど)を考慮。
  2. 使いやすさ(UX)
    • 開閉のしやすさ:片手で簡単に開けられるか。
    • 持ち運び:耐久性や軽量性、持ち運び時の漏れ防止設計。
    • リフィル対応:環境配慮として中身の詰め替えが可能なデザイン。
  3. ブランド表現
    • ブランドのやイメージメッセージを伝える要素(ロゴ、テクスチャ、シルエット)。
    • ターゲット層(ラグジュアリー、シンプル志向、若者向け)に合ったデザイン。
  4. 実用性と耐久性
    • 汚れが目立たない表面仕上げと滑りにくい構造。
    • 素材選び(リサイクル素材、耐熱性のあるプラスチックなど)。
  5. 競合との差別化
    • 独自性のある形状や色使い。
    • マルチユース(鏡付き、収納スペース追加など)の機能性。

フィードバックに必要な情報を提供

  • ターゲット層(例: 若年層、ミドルエイジ、ラグジュアリー志向の顧客)
  • ブランドの方向性(例:高級感、ナチュラル、カジュアル)
  • 製品写真やスケッチ
  • 具体的な質問(例:出来事、形状、ロゴ配置など)
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光学計測技術

光学計測技術は、物質の特性や状態を評価するために光を使用する一連の手法です。これらの技術は多岐にわたり、非接触・非破壊的であること、空間的な解像度が高いこと、リアルタイムでの計測が可能であること、などの利点があります。以下に、いくつかの主な光学計測技術について説明します。

  1. 干渉計: 干渉計は、2つ以上の光の波を重ね合わせて干渉パターンを作り出し、物体の形状、平坦度、粗さなどを測定する技術です。マイケルソン干渉計やマッハ・ツェンダー干渉計などがあります。
  2. 分光計: 分光計は、物質が光をどのように吸収または放出するかを測定します。これにより、物質の化学組成や構造を推定することが可能です。
  3. 光学顕微鏡: 光学顕微鏡は、可視光を使って微小な詳細を拡大し、観察するための技術です。古典的な光学顕微鏡の他に、蛍光顕微鏡や共焦点レーザースキャニング顕微鏡などがあります。
  4. ライダー(LIDAR): LIDARは、レーザー光を送信し、その反射を検出することで物体までの距離を測定する技術です。地形調査や自動運転車のセンサーなどに使用されます。
  5. 光学干渉断層撮影(OCT): OCTは、生体組織の非接触・非侵襲的な断層画像を得るための技術で、特に眼科での診断などに広く使用されています。

これらは一部の例に過ぎません。その他にも、レーザードップラー流速計、ホログラフィー、光ファイバーセンサー、波長分散法など、さまざまな光学計測技術が存在します。

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数値制御工作機械主な機能

数値制御工作機械(CNC:Computerized Numerical Control)は、工作機械を自動的に操作するシステムの一つです。これらのマシンは、工具を所定のパスに沿って移動させ、必要な形状やパターンを創出するために使用されます。

数値制御工作機械の主な機能は以下のとおりです:

  1. 自動化: 一度プログラムが設定されると、CNCマシンはその指示に従って自動的に動作します。これにより、人間の介入が最小限になり、精度と再現性が大幅に向上します。
  2. 精度: 数値制御工作機械は非常に精密なパーツを作成することが可能です。これは、機械が設定されたパスを正確に追従し、小さな誤差も許さないためです。
  3. 多様性: CNCマシンは、ドリル、ラスプ、ラーセン等のさまざまな工具を使用でき、多様な材料に対応します。これにより、金属、プラスチック、木材、セラミックなど、幅広い材料で様々な形状やパターンを作成することが可能となります。
  4. 柔軟性: CNCマシンのプログラムは、新しいデザインや変更に対応するために簡単に更新することができます。これにより、カスタム製品や少量生産がより容易になります。

CNC技術は、自動車、航空、電子、家具、金属加工、プラスチック加工など、多くの産業で広く利用されています。また、3Dプリンティングと組み合わせることで、さらに広範な製造可能性が開かれています。


【Gコード】

Gコードは、CNC(コンピュータ数値制御)マシンのプログラミングに使用される標準化されたコードで、工作機械の動作を指示するために使われます。パス、速度、方向、工具の動きなどを指示するためのコマンドを含んでいます。


Gコードのプログラムは通常、実行ごとに1つまたは複数のコマンドで構成されています。

 

主要なGコード

コード 説明
G00 高速位置決め
G01 直線補間切削(指定速度で直線移動)
G02 時計回り円弧補間
G03 反時計回り円弧補間
G17 XY平面選択
G18 ZX平面選択
G19 YZ平面選択
G20 インチ単位
G21 ミリメートル単位
G28 原点復帰
G90 絶対座標指定
G91 増分座標指定

主要なMコード

コード 説明
M00 プログラム停止
M01 オプション停止
M02 プログラム終了
M03 主軸正転
M04 主軸逆転
M05 主軸停止
M06 工具交換
M08 クーラントン
M09 クーラントOFF
M30 プログラム終了とリセット

簡単な例

以下は、シンプルなGコードプログラムの例です:

gコード
N10 G21 ; ミリ単位指定
N20 G17 ; XY平面選択
N30 G90 ; 絶対座標指定
N40 G00 X0 Y0 Z5 ; 工具を安全位置へ高速移動
N50 G01 Z-1 F100 ; Z方向に-1まで送り速度100で移動
N60 G01 X50 Y50 F200 ; XY平面上を送り速度200で移動
N70 G02 X0 Y0 I-25 J0 ; 時計回りの円弧を描く
N80 G00 Z5 ; Zを安全位置まで高速移動
N90 M30 ; プログラム終了

注意点

  1. Gコードのバリエーション: CNCマシンによってサポートされるGコードが異なる場合があります(メーカーやモデルによる)。
  2. 正確系の設定:加工前にワークの原点を正しく設定することが重要です。
  3. 安全確認: 実行前にシミュレーションやドライランを行い、安全性を確認してください。
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ガラス成型

ガラス成型は、ガラス製品を製造するためのプロセスであり、それにはいくつかの方法があります。以下に主なガラス成型技術を挙げます。

  1. ブロー成型: ブロー成型は、特定の形状の製品を作成するために使用されるガラス成型の方法の一つです。ヒートガンでガラスを加熱し、柔軟になったところで形を整えます。ブロー成型の一種には「フリーブロー」と「モールドブロー」があります。
  2. 圧延成型: これは主にフラットガラスや特殊な平面ガラス(模様入りなど)を製造するのに使用されます。溶融ガラスを二つのローラーの間に通して均一な厚みを持つシートにする方法です。
  3. プレス成型: この方法は、ガラス製品の製造において一般的に使用されます。溶融ガラスを型に注入し、その型の形状に圧力をかけることによりガラス製品を作り出します。ボトル、ジャー、ガラス食器などの製造に使用されます。

ガラス成型型は、これらのプロセスで使用するための特定の形状の金属の型です。この型は高温に耐え、多数の製品を一貫して製造することができます。

これらの技術を選択する際には、製品の形状、大きさ、複雑さ、必要な数量など、多くの要素が影響を与えます。これらの手法はそれぞれ異なる利点と制約を持っており、そのため特定の製品や応用により適したものがあります。

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スペースX

スペースX (SpaceX) はアメリカの宇宙旅行会社で、商業的宇宙旅行の開拓と人類の宇宙進出の拡大に焦点を当てています。同社はエンジニアで実業家のイーロン・マスクによって2002年に設立され、カリフォルニア州ホーソーンに本社を置いています。

スペースXの目標の一つは、宇宙旅行のコストを大幅に削減することです。これは主にリサイクル可能なロケット部品の開発と使用によって達成されます。その最も著名な例は、Falcon 9とFalcon Heavyロケットの一部であり、これらは地球に帰還し着陸するための技術を持っています。

スペースXはまた、人類を火星に送り込む計画を進めています。これを達成するために、スペースXは大型の再利用可能な宇宙船、”スターシップ”を開発しています。スターシップは、地球の大気再突入を生き抜くためのヒートシールド、着陸に使うRaptorエンジン、そして大量の貨物や乗客を宇宙へ運ぶ能力を持つとされています。

スペースXはまた、Starlinkという名前の衛星ベースのインターネットサービスも開始しています。これは、世界中のあらゆる場所から高速で信頼性の高いインターネットアクセスを提供することを目指しています。

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