Vencedores do grande prêmio do Vesuvius Challenge 2023 conseguem ler o primeiro rolo
(scrollprize.org)- O Vesuvius Challenge 2023 restaurou parte de um texto que permanecia invisível havia 2.000 anos ao ler, sem desenrolar, os Papiros de Herculano carbonizados pela erupção do Vesúvio em 79 d.C.
- A equipe de Youssef Nader, Luke Farritor e Julian Schilliger recebeu o grande prêmio de $700.000 ao cumprir o critério de 4 passagens com 140 caracteres cada e taxa de restauração de caracteres acima de 85%; a submissão incluía 15 colunas e mais de 2.000 caracteres de texto.
- O rolo restaurado não parece ser uma cópia duplicada de uma obra já conhecida, mas sim um texto antigo inédito, identificado como um texto de filosofia epicurista sobre música, comida, sensações e prazer.
- A tecnologia central combina tomografia por raios X, segmentação em 3D das camadas do papiro e detecção de tinta com base em aprendizado de máquina; o código vencedor e os dados de treinamento foram publicados, permitindo reprodução e verificação.
- A meta para 2024 é expandir da leitura de cerca de 5% do primeiro rolo para 90% dos 4 rolos escaneados, e o maior gargalo é automatizar a segmentação, que hoje exige trabalho manual muito caro.
Lendo um rolo de 2.000 anos sem abri-lo
- Os Herculaneum Papyri são rolos de papiro carbonizados pela erupção do Mount Vesuvius em 79 d.C.; descobertos no século XVIII, centenas deles estão hoje preservados em uma biblioteca em Naples, na Itália.
- Como estão em estado de blocos de cinza carbonizada, abri-los fisicamente pode causar danos severos, então era necessário um método não destrutivo para ler o texto interno.
- Nat Friedman, Daniel Gross e Brent Seales lançaram o Vesuvius Challenge em 15 de março de 2023.
- Um rolo do Institut de France foi escaneado com CT de alta resolução no acelerador de partículas Diamond Light Source, perto de Oxford.
- Com base nos scans de CT publicados, participantes do mundo todo combinaram visão computacional, aprendizado de máquina e trabalho manual para resolver o problema.
- O prêmio total superava US$ 1 milhão, fornecido por vários doadores.
- Em dezembro de 2023, os participantes conseguiram ler parte do primeiro rolo.
- O texto que permanecia invisível havia 2.000 anos apareceu em PHerc.Paris. 4.
- Ainda assim, cerca de 95% do rolo continua ilegível.
Resultado do Grand Prize 2023
- As submissões ao Grand Prize chegaram até instantes antes do prazo final, à meia-noite de 1º de janeiro de 2024, e foram avaliadas ao longo de janeiro por uma equipe de papirologia e uma equipe técnica.
- A equipe de papirologia revisou 15 colunas de texto das submissões anonimizadas.
- A equipe técnica auditou e reproduziu o código e os métodos enviados.
- O grande prêmio foi para a equipe de Youssef Nader, Luke Farritor e Julian Schilliger.
- O prêmio foi de $700.000.
- O critério era restaurar 4 passagens de 140 caracteres cada, com ao menos 85% de probabilidade de recuperação dos caracteres.
- Muitos membros da organização estimavam, quando o critério foi anunciado, uma chance de sucesso abaixo de 30%.
- A submissão vencedora incluía mais 11 colunas extras e mais de 2.000 caracteres no total.
- Os três contribuíram com a comunidade desde o início do Vesuvius Challenge.
- Youssef Nader, estudante egípcio de PhD em Berlin, leu algumas colunas em outubro de 2023 e ficou em 2º lugar no First Letters Prize.
- Luke Farritor, estudante universitário de 21 anos de Nebraska e estagiário da SpaceX, foi o primeiro a ler a palavra completa ΠΟΡΦΥΡΑϹ (“purple”) dentro de um rolo de Herculano, conquistando o 1º lugar no First Letters Prize.
- Julian Schilliger, estudante suíço de robótica da ETH Zürich, recebeu 3 prêmios de ferramenta de segmentação por seu trabalho no Volume Cartographer.
Composição técnica da submissão vencedora
- A submissão incluía resultados de três arquiteturas de modelo que se reforçavam mutuamente.
- As imagens mais fortes frequentemente vinham de um modelo baseado em TimeSformer.
- Para evitar overfitting e alucinações, foram usados resultados de várias arquiteturas, estudos de tamanhos de janela de entrada e saída, label smoothing e mudanças nos folds de validação.
- O código de detecção de tinta foi publicado como open source no GitHub.
- Além da forte detecção de tinta, a submissão também trazia a abordagem de segmentação automática mais forte.
- O ThaumatoAnakalyptor, de Julian, gera grandes segmentos de papiro em vários rolos.
- Ele resegmentou áreas já bem conhecidas para validar descobertas anteriores de tinta.
- Também revelou letras em novas áreas, como as voltas mais externas do rolo.
- É uma ferramenta promissora, mas ainda há muito trabalho de melhoria pela frente.
Vice-campeões e métodos publicados
- Entre as submissões restantes, três equipes empataram como vice-campeãs segundo a pontuação da equipe de papirologia.
- Cada equipe recebeu US$ 50.000.
- As três submissões mostraram legibilidade semelhante entre si e eram consideravelmente mais fáceis de ler do que as demais.
- Submissões públicas das equipes vice-campeãs:
- As equipes vice-campeãs trouxeram novas abordagens para problemas detalhados de rotulagem e amostragem de tinta.
- Na comunidade do Discord, é possível acessar dados de CT e imagens adicionais sob acordo de dados, e as descobertas e colaborações dos participantes continuam.
O conteúdo do texto restaurado
- Até agora, cerca de 5% do primeiro rolo foi aberto virtualmente e lido.
- A equipe de papirologia produziu transcrições preliminares de todas as colunas reveladas.
- O rolo não é uma cópia duplicada de uma obra existente, mas um texto antigo nunca visto antes.
- Pelas leituras iniciais, o tema geral é o prazer, entendido na filosofia epicurista como o bem supremo.
- Parte de duas colunas consecutivas trata de como a disponibilidade de bens como a comida afeta o prazer.
- O autor escreve algo no sentido de que “não se deve acreditar de imediato que o que é raro seja necessariamente mais prazeroso do que o que é abundante”.
- Em seguida, o texto continua com a ideia de que “essas questões serão examinadas com frequência”.
- Como se trata da parte final do rolo, é possível que a discussão continue em um livro posterior da mesma obra.
- No início do primeiro texto aparece uma menção a Xenophantus.
- Pode ser a mesma pessoa, aparentemente um músico, mencionada também em On Music de Philodemus.
- Philodemus foi uma figura da escola epicurista e é considerado o filósofo que atuou na pequena biblioteca da villa onde os rolos foram encontrados.
- Richard Janko considera altamente provável que o autor seja o filósofo e poeta Philodemus, mestre de Virgil.
- Também considera bastante provável que o texto compare o efeito da música sobre o ouvinte com outros prazeres, como comida e bebida.
- Pode inclusive ser um texto de um tratado em quatro livros sobre música, do qual já se conhece o Livro 4.
- Federica Nicolardi vê o texto como um escrito de epicurismo repleto de música, comida, sensações e prazer.
- Bob Fowler observa que Philodemus valorizava o prazer, mas não no sentido de simples devassidão, e sim de um prazer corretamente compreendido.
Como a precisão das imagens resultantes foi verificada
- A possibilidade de alucinação por modelos de aprendizado de máquina, gerando letras ou imagens parecidas com os dados de treinamento, foi alvo de verificação.
- A equipe técnica de revisão do Vesuvius Challenge reproduziu manualmente a submissão vencedora.
- Eles entenderam cada parte do código e verificaram se, ao executá-lo de forma independente, surgiam imagens de saída semelhantes.
- Como o código e os dados de treinamento foram publicados, outras pessoas também podem repetir a verificação.
- Várias submissões produziram resultados muito semelhantes na mesma área do rolo.
- A equipe organizadora de segmentação publicou os segmentos, isto é, folhas de papiro mapeadas em 3D dentro do scan de CT.
- Os participantes usaram diferentes modelos de ML e diferentes labels de treinamento, mas geraram imagens de saída semelhantes.
- Essa convergência apareceu não só na equipe vencedora e nas vice-campeãs, mas também em outras submissões.
- Os modelos de detecção de tinta não se baseiam em letras gregas, OCR ou modelos de linguagem.
- Eles detectam independentemente pontos minúsculos de tinta no scan de CT.
- As letras só aparecem depois, quando esses pequenos sinais de detecção se acumulam.
- Em alguns casos, a saída é binária: “tinta” ou “não tinta”.
- Por causa dessa estrutura, considera-se muito baixa a chance de o modelo alucinar formas parecidas com caracteres.
As três etapas do desenrolamento virtual
- O desenrolamento virtual é composto principalmente por scan, segmentação e detecção de tinta.
-
Scan
- O rolo ou fragmento é escaneado em 3D por tomografia de raios X.
- O Diamond Light Source permite imagens rápidas, precisas e de alta resolução com um feixe paralelo de raios X de alto fluxo.
- As radiografias são convertidas em um volume 3D baseado em voxels por meio de algoritmos de reconstrução tomográfica, gerando uma pilha de imagens em slices.
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Segmentação
- Camadas individuais do papiro enrolado e amassado são rastreadas no espaço 3D, depois desenroladas e planificadas.
- Usa-se principalmente o Volume Cartographer, criado por Seth Parker e outros no laboratório de Brent Seales.
- Julian Schilliger, Philip Allgaier e outros expandiram a ferramenta.
- Uma equipe dedicada de segmentação formada por Ben Kyles, David Josey e Konrad Rosenberg usou tanto algoritmos automáticos quanto ajustes manuais.
- Segmentar um rolo inteiro ainda é um processo extremamente árduo, com grande espaço para melhoria.
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Detecção de tinta
- Stephen Parsons mostrou que, em teoria, a tinta de Herculano poderia ser detectada em scans de CT, mas antes isso só havia sido possível em pequenos fragmentos.
- Detectar tinta em grandes scans de rolos completos ainda não tinha sido alcançado.
O avanço na detecção de tinta
- O primeiro avanço foi a descoberta do crackle pattern.
- Casey Handmer observava, no verão de 2023, os volumes de superfície planificada e encontrou um padrão incomum de crackle que parecia formar letras.
- Ele recebeu o First Ink Prize por essa descoberta e a compartilhou com a comunidade.
- Luke Farritor encontrou mais exemplos de crackle nos volumes de superfície planificada criados pela equipe de segmentação, treinou um modelo com isso e acabou vencendo o First Letters Prize em outubro.
- A segunda frente foi a Kaggle competition.
- Centenas de equipes criaram modelos de aprendizado de máquina para detectar tinta em fragmentos abertos.
- Esses fragmentos eram pedaços que se soltaram séculos atrás durante tentativas físicas de desenrolar os rolos.
- Os participantes podiam usar dados de ground truth obtidos a partir de fotos desses fragmentos.
- O desempenho dos modelos era excelente, mas no início eles pareciam não funcionar bem nos segmentos planificados criados pela equipe de segmentação.
- Quando Youssef Nader aplicou técnicas de domain adaptation, isso levou ao seu 2º lugar no First Letters Prize.
- Depois do First Letters Prize, conquistar o Grand Prize passou a parecer viável, e Youssef, Luke e Julian formaram uma equipe.
Como a operação contribuiu para o sucesso de 2023
- O projeto atraiu cobertura inicial, doações e uma comunidade fortemente motivada intrinsecamente graças a um objetivo claro e incomum.
- A base construída por Brent Seales e sua equipe ao longo de 20 anos foi essencial.
- O primeiro scan de um rolo
- A criação do Volume Cartographer
- Os primeiros casos de sucesso de desenrolamento virtual
- A prova de que a tinta de Herculano pode ser detectada em CT
- Para misturar competição e colaboração, foram oferecidos progress prizes.
- A cada cerca de 2 meses, havia pequenos prêmios na faixa de US$ 1.000 a US$ 10.000.
- Para ganhar um progress prize, era necessário publicar o código ou a pesquisa como open source.
- Isso elevou o nível de toda a comunidade e ajudou em investimento de equipamento, compute, tempo e formação de equipes.
- A decisão de contratar uma equipe dedicada de segmentação também foi crucial.
- Para aumentar as chances de um prêmio, a organização executou internamente o rastreamento do papiro, que era o gargalo.
- A qualidade da segmentação é difícil de avaliar antes de a detecção de tinta funcionar, e recompensar por quantidade poderia prejudicar a qualidade.
- O trabalho de rotulagem é tedioso, demorado e tem longa curva de aprendizado, o que é difícil de recompensar só com prêmios.
- Essa decisão levou diretamente à descoberta do crackle pattern por Casey Handmer e contribuiu para desenvolver, junto com a comunidade, softwares de segmentação melhores.
- O sucesso foi resultado da combinação de pequenos avanços de muitas pessoas, e foi preciso um grande volume de contribuições para encontrar ideias que funcionassem em um espaço de busca amplo.
Meta do Stage 2 em 2024
- Em 2023, o projeto foi de 0% para 5% de um rolo lido.
- A meta para 2024 é ler 90% dos 4 rolos escaneados, e o primeiro time a conseguir isso receberá o Grand Prize 2024.
- Os critérios exatos de avaliação devem ser divulgados em março.
- Hoje, o maior gargalo é o processo de rastrear as superfícies de papiro dentro do rolo.
- Para produzir texto legível hoje, o custo manual passou de US$ 100 por centímetro quadrado.
- Com essa estrutura de custo, segmentar todos os rolos poderia exigir centenas de milhões ou até bilhões de dólares.
- As ferramentas melhoraram a eficiência, mas o processo ainda é manual demais e caro demais.
- O objetivo central do Stage 2 é completar a segmentação automática.
- Se funcionar bem, isso permitirá ler até áreas difíceis, severamente comprimidas, rachadas, delaminadas ou danificadas.
- Também passará a incluir áreas que as ferramentas atuais não conseguem alcançar.
- Em 2024, o plano é manter o Grand Prize e ao mesmo tempo aumentar a proporção do orçamento destinada a prêmios por contribuição da comunidade.
- Além da equipe dedicada de segmentação, o projeto pretende contratar uma pequena equipe de software e ML para colaborar publicamente com a comunidade.
O objetivo maior e o potencial restante
- Depois disso, o objetivo é escanear e ler todos os rolos.
- Estima-se que os rolos em Naples contenham mais de 16 MB de texto.
- Parte da equipe de papirologia acredita que a publicação desses textos pode ser a maior revolução nos estudos clássicos desde o Renascimento.
- A Villa of the Papyri ainda tem dois níveis não escavados.
- Há pelo menos a possibilidade de haver mais papiros em armários e caixas de transporte.
- A biblioteca principal da villa ainda não foi encontrada.
- Nessa biblioteca podem estar enterrados milhares ou dezenas de milhares de rolos, além de uma gama mais ampla de literatura em grego e latim.
- Mais detalhes do próximo plano estão no Master Plan.
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Quando vi este projeto pela primeira vez no HN, no começo do ano passado, fiquei surpreso com o quanto ele parecia quase impossível e com o quanto os participantes eram inteligentes.
Mesmo vendo alguns nomes brilhantes envolvidos, eu inconscientemente achava que levaria pelo menos 5 a 10 anos para surgir um avanço.
Hoje sinto a mesma admiração e fico novamente impressionado com o quão absurdamente incrível isso é. Parabéns aos vencedores e a todos os envolvidos.
Eu também achava que levaria mais 20 anos para um computador escrever texto alternativo assustadoramente preciso para minhas fotos, até com floreios retóricos, mas isso já acontece hoje.
Em aprendizado de máquina, matemática e áreas próximas, já há muitas carreiras bem remuneradas, então é difícil manter a atenção dos melhores especialistas em algo que pode acabar em fracasso.
Não é só a recompensa em dinheiro em si: um desafio com um grande prêmio também aumenta o prestígio de encontrar a solução. O Nobel, no fim das contas, também vem acompanhado de cerca de 1 milhão de dólares.
Se alguém colocasse 100 milhões de dólares para decifrar o Manuscrito Voynich ou o Linear A, eu teria bastante confiança de que surgiria uma solução em até 3 anos.
Quando os primeiros resultados começaram a aparecer aos poucos, por volta de outubro do ano passado, li sobre isso e fiquei extremamente empolgado. A metodologia era especialmente fascinante.
Primeiro, eles desenrolaram digitalmente o pergaminho; depois, descobriram que marcas como rachaduras no papel eram sinais da tinta; em seguida, criaram um modelo para detectar isso pedaço por pedaço. Achei esse processo impressionante.
Vou precisar ver o repositório final para saber exatamente o que fizeram, mas parece que usaram TimeSFormer. Pelo que eu sabia, isso era para vídeo, então fico curioso sobre como aplicaram a imagens.
De todo modo, é um dia realmente incrível para a arqueologia, e esses jovens talentos merecem muitos aplausos pelo que realizaram.
Pelo que entendi, o resultado do escaneamento do pergaminho parece ter retornado as próprias camadas.
A estrutura é mais ou menos assim:
Então, se você divide a imagem da superfície em tiles, obtém dados de tamanho
size_x * size_y * n_layers.Ou seja, dá para ver isso como um fluxo de vídeo no formato
size_x * size_y * 1 channel * n_layers, em que as camadas substituem a dimensão temporal.A frase “qualquer tecnologia suficientemente avançada é indistinguível de magia” se encaixa perfeitamente aqui.
A capacidade tecnológica quase mágica de transformar um bloco de pergaminho chamuscado e queimado em texto legível é realmente absurda.
Só conheço aprendizado de máquina de forma bem superficial, então fico curioso se as técnicas mencionadas no texto foram descobertas só recentemente ou se já existiam há bastante tempo.
Também fico me perguntando se esses algoritmos chegaram a um ponto de inflexão e passaram a ser usados mais amplamente, levando a mais casos de aplicação de novas abordagens a problemas antigos.
Daqui a 10 mil anos, talvez estejamos reconstruindo cones de luz. Talvez nós mesmos já sejamos esse tipo de existência. Não estou falando sério, mas é um experimento mental divertido.
Há um link para o “plano mestre” para ler todos os pergaminhos escavados: https://scrollprize.org/master_plan
Os principais gargalos para ler mais parecem ser dois: a necessidade de intervenção manual na segmentação dos pergaminhos escaneados e o alto custo de escanear novos pergaminhos.
Parece possível que alguém doe esse valor e que os pergaminhos sejam levados de uma só vez, ou em alguns grandes lotes, para perto de um acelerador de partículas. Com mais 1 milhão de dólares, talvez dê até para construir algo como contêineres com controle de temperatura e umidade para transportá-los todos de uma vez.
Se eu tivesse 30 milhões de dólares, certamente doaria para isso. Parece um dos melhores usos possíveis para esse nível de dinheiro. Isso permitiria contornar a necessidade de P&D para scanners de bancada ou outras soluções, e crowdfunding também parece viável.
Para a segmentação, bastaria criar uma abordagem coletiva de resolução no estilo Seti@Home. Só que, em vez de computadores, o alvo seriam pessoas que passam o dia rolando Reddit ou Twitter por tédio.
Talvez dê até para transformar isso em algo como um CAPTCHA e fazer o trabalho ser processado gratuitamente. Se eu pudesse, faria algumas horas de segmentação por mês.
Este projeto já chegou até aqui como algo incrível construído em comunidade, então não há motivo para não abrir e ampliar ainda mais o grupo de humanos tentando entender os pergaminhos. Se trouxermos milhões de pessoas, não precisamos depender apenas de muletas técnicas e desenvolvimento. Claro, desenvolver a tecnologia também não é um caminho ruim.
Se você conhece alguém que possa contribuir para a segunda fase do projeto, ou seja, a fase de expansão, seria bom avisar o Nat. Não tenho relação direta com a equipe que opera o projeto; estou apenas apontando para uma ótima pessoa como contato por lá.
Quando viajei pela Itália com minha esposa, Herculaneum foi um dos lugares que mais me impressionaram
Eu não tinha noção da escala de quanta cinza e terra precisaram ser removidas para a escavação; eram dezenas de metros [1]
É uma pena mesmo que receba só uma fração da atenção que Pompeii recebe. O estado de preservação é muito melhor, e foi algo realmente de tirar o fôlego [2]
Recomendo muito caminhar pelo sítio por algumas horas. É um lugar realmente incrível
1: https://www.icloud.com/photos/#08dJAA5eM9jpbhlEa3fzkl5ng
2: https://www.icloud.com/photos/#076Pof4FziA7WgcI8hZrGZmzg
O jogo começa com você como um escravo que precisa escapar de Herculaneum antes da erupção do Vesuvius. Era um jogo de que eu gostava muito quando criança, e era quase um immersive sim isométrico com uma interface meio tosca
Foi por causa desse jogo que me interessei pela Roma Antiga, e um dia quero visitar Herculaneum
Até agora, só cerca de um quarto foi escavado, em contraste com Pompeii, onde mais ou menos dois terços foram revelados
É a coisa mais incrível que li este ano. Parece quase ficção científica
Quem teria imaginado que seria possível ler letras em papel enrolado e carbonizado de 2.000 anos atrás
A Revolução Industrial e todo o acúmulo de ciência, engenharia e capacidade de manufatura permitiram encontrar, preservar e escanear os rolos; e, no fim, a atual revolução da IA entrou como um enfeite final, criando inferências e conexões que vão além da compreensão humana
Foi assim que uma sabedoria antiga de 2.000 anos saltou para fora
Na verdade, pesquisas para desenrolar virtualmente esses rolos já estavam em andamento desde 2007 (https://en.wikipedia.org/wiki/Herculaneum_papyri#Virtual_unr...), mas eu não esperava de jeito nenhum que acontecesse tão rápido
Isso mostra mais uma vez que a aceleração exponencial da tecnologia é real
Havia uma cena em que o livro era cortado em pedacinhos, esses fragmentos eram sugados e escaneados enquanto fluíam, e então o resultado do scan era montado como um quebra-cabeça para restaurar o texto original
Era uma trama secundária, mas não consigo de jeito nenhum lembrar o título do livro
Uma ficção científica com essa premissa me atrairia bastante
Um bilionário, em vez de depender de máquinas, manda liofilizar o próprio corpo e guardá-lo em uma cratera no polo sul da Lua. Então cria uma fundação para financiar pesquisas de propulsão interestelar, transferir seu corpo para os pontos mais frios e estáveis encontrados no caminho rumo ao ponto de 1 kelvin da Boomerang Nebula e continuar pesquisando como reanimá-lo do estado carbonizado
Essa fundação, por causa de seu objetivo quixotesco de cumprir a missão, acaba desencadeando todo tipo de avanço: fusão prática, formas mais exóticas de geração de energia, inteligência artificial geral, manipulação da gravidade, nanotecnologia à la Drexler, Dyson swarm, star wisps, corpos automodificáveis e por aí vai
Uma das coisas realmente fascinantes na arqueologia é a prática de deixar deliberadamente alguns artefatos sem exploração
Parece que as primeiras pessoas que descobriram os rolos tentaram desenrolar alguns, perceberam que isso era impossível sem destruí-los por completo e deixaram o restante como estava
Em vez de insistir e estragar tudo, eles os deixaram como um mistério para uma era futura
Só dois séculos depois, com a ajuda de uma tecnologia que eles jamais poderiam imaginar, é que finalmente conseguimos começar a entendê-los
Admiro mais as pessoas dos anos 1990 ou início dos 2000. Naquela época talvez já houvesse alguma possibilidade, mas o risco ainda era grande demais, e elas esperaram até as chances serem mais seguras
Grande parte da educação de então era aprender latim, e ao mesmo tempo elas sabiam muito bem que só uma fração minúscula dos textos clássicos havia sido preservada
Por isso, é muito plausível que entendessem o quanto era importante preservar esses rolos e permitir que um dia fossem abertos
É uma conquista impressionante estimarem que os rolos em Naples contenham mais de 16 MB de texto
Parte da equipe de papirologia acha que, quando esse texto for publicado, será a maior revolução nos estudos clássicos desde o Renascimento; espero que o governo italiano permita novas escavações da Villa
Só que lemos apenas 5% desses rolos, e já há uma quantidade enorme de material escavado, então provavelmente levará anos só para processar o que já temos
Isso não quer dizer que seja impossível escavar sem demolição, mas, embora existam precedentes como os Scavi sob a Basílica de Saint Peter, fica muito mais difícil
É um trabalho realmente impressionante, incluindo o fato de que o modelo que originalmente levou ao avanço foi treinado em uma GTX 1070: https://twitter.com/LukeFarritor/status/1754532281690243339
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E há também um tweet que provavelmente trata do mesmo assunto que o OP
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