慶應義塾研究者情報データベース

経歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2013年04月

  -

  2013年08月

  東京大学大学院, 情報理工学系研究科 システム情報学専攻, 特任研究員

• 2013年09月

  -

  2016年03月

  カリフォルニア工科大学, Department of Computing and Mathematical Sciences, Postdoctoral Scholar

• 2017年04月

  -

  2019年03月

  理化学研究所, 統合生命医科学研究センター統合ゲノミクス研究グループ, 客員研究員

学歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2008年03月

  東京大学, 工学部, 計数工学科

  大学, 卒業

• 2010年03月

  東京大学, 情報理工学系研究科, システム情報学専攻

  大学院, 修了, 修士

• 2013年03月

  東京大学, 情報理工学系研究科, システム情報学専攻

  大学院, 修了

学位 【 表示 ／ 非表示 】

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• 学士(工学), 東京大学, 2008年03月

• 修士(情報理工学), 東京大学, 2010年03月

• 博士 (情報理工学), 東京大学, 2013年03月

研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

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• ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 制御、システム工学

研究キーワード 【 表示 ／ 非表示 】

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• 分子システム

• 分子ロボティクス

• 制御工学

• 制御理論

• 合成生物学

論文 【 表示 ／ 非表示 】

論文 【 表示 ／ 非表示 】

• Multimolecular Competition Effect as a Modulator of Protein Localization and Biochemical Networks in Cell-Size Space

  Nishikawa S., Sato G., Takada S., Kohyama S., Honda G., Yanagisawa M., Hori Y., Doi N., Yoshinaga N., Fujiwara K.

  Advanced Science （Advanced Science)  11 （ 6 ）  2024年02月

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  Cells are small, closed spaces filled with various types of macromolecules. Although it is shown that the characteristics of biochemical reactions in vitro are quite different from those in living cells, the role of the co-existence of various macromolecules in cell-size space remains still elusive. Here, using a constructive approach, it is demonstrated that the co-existence of various macromolecules themselves has the ability to tune protein localization for spatiotemporal regulation and a biochemical reaction system in a cell-size space. Both experimental and theoretical analyses reveal that enhancement of interfacial effects by a large surface-area-to-volume ratio facilitates membrane localization of molecules in the cell-size space, and the interfacial effects are alleviated by competitive binding to lipid membranes among multiple proteins even if their membrane affinities are weak. These results indicate that competition for membrane binding among various macromolecules in the cell-size space plays a role in regulating the spatiotemporal molecular organization and biochemical reaction networks. These findings shed light on the importance of surrounding molecules for biochemical reactions using purified elements in small spaces.

  • Access to Document (DOI)

• A Control-Theoretic Model for Bidirectional Molecular Communication Systems

  Kotsuka T., Hori Y.

  IEEE Transactions on Molecular, Biological, and Multi-Scale Communications （IEEE Transactions on Molecular, Biological, and Multi-Scale Communications)  9 （ 3 ） 274 - 285 2023年09月

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  Molecular communication (MC) enables cooperation of spatially dispersed molecular robots through the feedback control mediated by diffusing signal molecules. However, conventional analysis frameworks for the MC channels mostly consider the dynamics of unidirectional communication, lacking the effect of feedback interactions. In this paper, we propose a general control-theoretic modeling framework for bidirectional MC systems capable of capturing the dynamics of feedback control via MC in a systematic manner. The proposed framework considers not only the dynamics of molecular diffusion but also the boundary dynamics at the molecular robots that captures the lag due to the molecular transmission/reception process affecting the performance of the entire feedback system. Thus, methods in control theory can be applied to systematically analyze various dynamical properties of the feedback system. We perform a frequency response analysis based on the proposed framework to show a general design guideline for MC channels to transfer signal with desired control bandwidth. Finally, these results are demonstrated by showing the step-by-step design procedure of a specific MC channel satisfying a given specification.

  • Access to Document (DOI)

• L-2L ladder digital-to-analogue converter for dynamics generation of chemical concentrations

  Chatani T., Shiraishi S., Miyazako H., Onoe H., Hori Y.

  Royal Society Open Science （Royal Society Open Science)  10 （ 4 ）  2023年04月

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  Cellular response to dynamic chemical stimulation encodes rich information about the underlying reaction pathways and their kinetics. Microfluidic chemical stimulators play a key role in generating dynamic concentration waveforms by mixing several aqueous solutions. In this article, we propose a multi-layer microfluidic chemical stimulator capable of modulating chemical concentrations by a simple binary logic based on the electronic-hydraulic analogy of electronic R-2R ladder circuits. The proposed device, which we call L-2L ladder digital-to-analogue converter (DAC), allows us to systematically modulate 2n levels of concentrations from single sources of solution and solvent by a single operation of 2n membrane valves, which contrasts with existing devices that require complex channel geometry with multiple input sources and valve operations. We fabricated the L-2L ladder DAC with n = 3 bit resolution and verified the concept by comparing the generated waveforms with computational simulations. The response time of the proposed DAC was within the order of seconds because of its simple operation logic of membrane valves. Furthermore, detailed analysis of the waveforms revealed that the transient concentration can be systematically predicted by a simple addition of the transient waveforms of 2n = 6 base patterns, enabling facile optimization of the channel geometry to fine-tune the output waveforms.

  • Access to Document (DOI)

• Graphical and Analytical Approaches for Analyzing Collective Behavior of Dynamic Multi-Agent Systems Governed by Generalized Cyclic Pursuit Mechanism

  Kwak T., Kim Y., Hori Y., Kim T.H.

  IEEE Access （IEEE Access)  11   140481 - 140495 2023年

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  In this study, we use graphical and analytical methods to study the collective behavior of a swarm of dynamic agents controlled by the generalized cyclic pursuit (GCP) scheme. The proposed graphical approach reveals the occurrence mechanisms of various formation patterns in terms of agents' dynamics and tuning parameters of the GCP scheme, including the rendezvous, diverging spirals, circular pattern, and spirograph-like patterns. Then, we develop an analytical tool to obtain the crucial information needed to formulate expressions of the circular and spirograph-like steady-state trajectories generated by the GCP-controlled dynamic multi-agent system. In addition, the steady-state formation trajectories of a swarm of dynamic agents are formulated by explicitly considering the agents' general continuous-time linear time-invariant model and the scenario in which more than two pairs of closed-loop poles exist on the imaginary axis of the complex plane. Numerical simulation cases of the GCP-controlled dynamic multi-agent system are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed analysis methodology.

  • Access to Document (DOI)

• Stability analysis for circulant structured multi-agent molecular communication systems

  Kotsuka T., Hori Y.

  Proceedings of the 7th Workshop on Molecular Communications 2023年

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

• 微小化学反応系における確率ゆらぎのフィードバック制御理論と実験基盤の構築

  堀, 豊

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学)  2018年

• 微小化学反応系における確率ゆらぎのフィードバック制御理論と実験基盤の構築

  堀, 豊

  学事振興資金研究成果実績報告書 （慶應義塾大学)  2017年

• 周波数応答に基づく遺伝子制御回路のモデル集合同定法と実験系の構築

  堀, 豊

  科学研究費補助金研究成果報告書 2017年

総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

• Special issue on control technology for networked and distributed robotics

  Nagahara M., Cai K., Chatterjee D., Chopra N., Hatanaka T., Hori Y., Ishii H., Quevedo D.E., Reniers M.

  Advanced Robotics (Advanced Robotics)  37 ( 1-2 )  2023年

  ISSN  01691864

  • Access to Document (DOI)

• 生体分子を材料とする人工システムの設計と制御 〜生物と人工物をつなぐためのフレームワーク〜

  堀 豊

  計測と制御 60 ( 7 )  2021年07月

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）

• 確率ゆらぎを利用した生体分子システムの設計

  堀 豊

  計測と制御 60 ( 5 ) 345 - 350 2021年05月

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）

• Modeling and Analysis of Stochastic Reaction Kinetics in Biomolecular Systems

  Yutaka Hori

  New Generation Computing 38 ( 1 )  2020年05月

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）

• 制御からバイオへの越境，そして融合

  堀 豊

  計測と制御 58 ( 5 ) 323 - 324 2019年05月

  その他, 単著

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研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

• 化学マスター方程式のパラメタを保存した低次元化法

  宮﨑誠也，堀豊

  第10回 計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム, 

  2023年03月

• 信号の歪みを抑制する分子通信路の設計法

  北田祥一郎，小塚太資，堀豊

  第10回 計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム, 

  2023年03月

• 複数の分子ロボットによる分子通信システムのノイズ抑制解析

  小塚太資，堀豊

  2022年11月

• 双方向型分子通信路のモデル化および周波数応答解析

  小塚太資，堀豊

  第66回システム制御情報学会, 

  2022年05月

• 円形断面マイクロ流路の作製と On-Off バルブへの応用

  上原花織, 堀豊, 石榑崇明

  化学とマイクロ・ナノシステム学会第45回研究会, 

  2022年05月

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

• 反応拡散系として分子的に実装されるニューラルネットワークシステムの開発

  2023年04月

  -

  2026年03月

  研究分担者

• 再帰性と可塑性を有する分子学習モジュールのシステム設計理論

  2021年09月

  -

  2023年03月

  文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 堀 豊, 学術変革領域研究(A), 補助金,  研究代表者

• 生体分子システムにおける揺らぐ応答の分布設計

  2021年04月

  -

  2025年03月

  文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 堀 豊, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

• 再帰性と可塑性を有する分子学習モジュールのシステム設計理論

  2021年

  -

  2022年

  文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 研究代表者

• 第一原理モデルとデータ駆動型モデルの融合による遺伝子回路のロバスト動態予測

  2018年04月

  -

  2022年03月

  文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 堀　豊, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

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知的財産権等 【 表示 ／ 非表示 】

知的財産権等 【 表示 ／ 非表示 】

• 線形予測係数算出装置、線形予測係数算出方法、線形予測係数算出プログラム、および記憶媒体

  出願日： 2008-051149  2008年02月 

  公開日： 2009-210644  2009年09月 

  発行日： 5057334  2012年08月

  特許権, 共同

• 符号化装置、復号化装置、符号化方法、復号化方法、プログラム、記録媒体

  出願日： 2008-051150  2008年02月 

  公開日： 2009-210645  2009年09月 

  発行日： 5010293  2012年06月

  特許権, 共同

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

• プレゼンテーション技法

  2024年度

• モデリングと制御

  2024年度

• 物理情報数学Ｂ

  2024年度

• 生体分子システムの数理

  2024年度

• 基礎理工学課題研究

  2024年度

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

• 計測自動制御学会

  　

• システム制御情報学会

  　

• IEEE

  　

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

• 2023年

  -

  継続中

  Associate Editor, IEEE Transactions on Molecular, Biological and Multi-Scale Communications

• 2022年04月

  -

  継続中

  Treasurer, IEEE Control Systems Society, Japan Chapter

• 2022年01月

  -

  継続中

  制御部門・学術委員会委員, 計測自動制御学会

• 2021年

  Guest Editor, Advanced Robotics

• 2020年10月

  -

  継続中

  Member of Technical Committeee on (TC8.4) Biosystems and Bioprocesses, International Federation of Automatic Control

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