Takahashi, Hidetoshi

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Affiliation

Faculty of Science and Technology, Department of Mechanical Engineering （Yagami）

Position

Associate Professor
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Career 【 Display / hide 】

  • 2008
    -
    2011

    東京大学大学院, 情報理工学系研究科知能機械情報学専攻, 日本学術振興会 特別研究員(DC1)

  • 2011
    -
    2013

    The University of Tokyo, Information and Robot Technology Research Initiative, 特任研究員

  • 2013
    -
    2015

    東京大学大学院, 情報理工学系研究科知能機械情報学専攻, 特任助教

  • 2015
    -
    2019

    東京大学大学院, 情報理工学系研究科知能機械情報学専攻, 助教

  • 2019
    -
    Present

    Keio University, 理工学部機械工学科, 専任講師

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Research Areas 【 Display / hide 】

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Mechanics of materials and materials (構造力学)

  • Informatics / Mechanics and mechatronics (運動力学・機械計測)

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Books 【 Display / hide 】

  • マイクロニードルの製造と応用展開

    高橋英俊, 許允禎, CMC出版, 2016.10

    Scope: 回転傾斜露光によるマイクロニードルアレイの作製

  • 昆虫ミメティックス～昆虫の設計に学ぶ～

    下澤楯夫・針山孝彦(監修), NTS出版, 2008

    Scope: “昆虫飛翔研究用の昆虫型羽ばたき機,”

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Papers 【 Display / hide 】

  • Temperature Dependence of the Beating Frequency of hiPSC-CMs Using a MEMS Force Sensor

    R Ikegami, T Tsukagoshi, K Matsudaira, KH Shoji, H Takahashi, ...

    Sensors 23 (7), 3370 23 （ 7 ）  2023.04

  • Open planar acoustic notch filter using a film-integrated Helmholtz resonator array

    F Mizukoshi, H Takahashi

    Japanese Journal of Applied Physics 62 (3), 034002 （Japanese Journal of Applied Physics)  62 （ 3 ）  2023.03

    ISSN  0021-4922

    　View Summary

    Acoustic filters are used to transmit or attenuate noise in a specific frequency band. However, previous acoustic filters consisting of rigid structures generally required a large housing of a size equivalent to the wavelength, limiting their downsizing. This study presents an open planar acoustic notch filter using a film-integrated Helmholtz resonator (HR) array. A film divides the HR chamber and resonates with the HR. The film-integrated HR array filter achieved smaller housing dimensions than a no-film HR array filter with the same notch frequency. The transmittance of the film-integrated HR array was theoretically calculated using the transfer matrix method. The calculated spectra were very similar to the simulation results. The notch frequency of the film-integrated HR array filter was 4.04, 0.74 kHz lower than a no-film HR array filter. The design and analysis of the acoustic filter presented should motivate further development of advanced acoustic filters.

  • Sensitivity characteristics of a waterproof airflow sensor based on a MEMS piezoresistive cantilever and nanohole array

    T Hirayama, Y Kazoe, H Takahashi

    Japanese Journal of Applied Physics 62 (2), 026503 （Japanese Journal of Applied Physics)  62 （ 2 ）  2023.02

    ISSN  0021-4922

    　View Summary

    This paper presents the sensitivity characteristics of a microelectromechanical systems (MEMS) piezoresistive cantilever and nanohole array used in a waterproof airflow sensor. Previously, a Pitot tube-type waterproof airflow sensor was developed for seabird biologging. Built-in MEMS piezoresistive cantilevers are used as the differential pressure sensing elements. The waterproof function is achieved using nanohole arrays via Laplace pressure. However, the mechanism underlying sensitivity reduction when nanohole arrays are attached is unclear. Here, we experimentally and theoretically verified that the specific constant, which determines the airflow rate through the cantilever and nanohole array, affects sensitivity reduction. An airflow sensor with a small sensitivity reduction was achieved based on the calculated results using appropriate cantilever and nanohole arrays. We demonstrated that the proposed method for estimating sensitivity reduction is useful for designing waterproof airflow sensors using cantilever-type differential pressure sensor elements.

  • Spiral Spring-Supported Force Plate with an External Eddy Current Displacement Sensor

    Y Kawasaki, H Takahashi

    Actuators 12 (1), 16 （Actuators)  12 （ 1 ）  2023.01

    　View Summary

    This study proposes a force plate with a planar spring and an eddy current displacement sensor to measure the ground reaction force (GRF) of a small insect and reveal its motion characteristics. The proposed force plate comprises a circular aluminum plate, four aluminum springs symmetrically connected to the plate, and an eddy current displacement sensor under the plate. The diameter and thickness of the fabricated plate were 8 and 0.1 mm, respectively. The spring width was 0.4 mm. When a force is applied to the plate, the plate moves vertically downward. Then, an eddy current displacement sensor detects the plate displacement without contact. The applied force can be measured using Hooke’s law. The proposed force plate has the advantages of ease of fabrication and cost-effectiveness. The central displacement variation and resonant frequency of the designed springs were evaluated by simulation. Then, we calibrated the fabricated force plate to obtain the sensitivity variation and resonant frequency. The experimental results suggest that the proposed force plate can effectively measure the GRF of a small insect.

  • Highly Sensitive Low-Frequency-Detectable Acoustic Sensor Using a Piezoresistive Cantilever for Health Monitoring Applications

    Y Okamoto, TV Nguyen, H Takahashi, Y Takei, H Okada, M Ichiki

     2023

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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide 】

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Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide 】

  • Experimental study of the aerodynamic interaction between the forewing and hindwing of a beetle-type ornithopter

    Hidetoshi Takahashi, Kosuke Abe, Tomoyuki Takahata, Isao Shimoyama

    Aerospace (MDPI)  5 ( 3 )  2018.09

    　View Summary

    © 2018 by the authors. Beetles have attracted attention from researchers due to their unique combination of a passively flapping forewing and an actively flapping hindwing during flight. Because the wing loads of beetles are larger than the wing loads of other insects, the mechanism of beetle flight is potentially useful for modeling a small aircraft with a large weight. In this paper, we present a beetle-type ornithopter in which the wings are geometrically and kinematically modeled after an actual beetle. Furthermore, the forewing is designed to be changeable between no-wing, flapping-wing, or fixed-wing configurations. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) differential pressure sensors were attached to both the forewing and the hindwing to evaluate the aerodynamic performance during flight. Whether the forewing is configured as a flapping wing or a fixed wing, it generated constant positive differential pressure during forward flight, whereas the differential pressure on the hindwing varied with the flapping motion during forward flight. The experimental results suggest that beetles utilize the forewing for effective vertical force enhancement.

  • Development of a light source with a uniform intensity reinforced by a checkerboard half-mirror positioned within inverse L-shaped UV-LED arrays

    Hidetoshi Takahashi, Isao Shimoyama, Yun Jung Heo

    Applied Physics Express (Japan Society of Applied Physics)  11 ( 6 )  2018.06

    ISSN  1882-0786

    　View Summary

    This paper presents a simple, low-cost, long-lasting UV-LED-based light source with uniform light intensity using a checkerboard half-mirror positioned within inverse L-shaped UV-LED arrays. The light rays from the top UV-LED array passed through the transparent portions of the checkerboard half-mirror, while the light rays from the side UV-LED array were reflected on the remaining opaque portions at right angles. Thus, uniform light intensity was achieved on the bottom area. Using the developed UV-LED light source, we fabricated microstructures with uniform shapes on a large area, thereby showing feasible applications for MEMS fabrication.

  • スパイラル管路とピエゾ抵抗型カンチレバー素子による角加速度センサ—Angular acceleration sensor with spiral gas channel and piezoresistive cantilever

    高橋 英俊, 菅 哲朗, 中井 亮仁, 髙畑 智之, 下山 勲

    「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編] 35   3p 2018

  • Scalable fabrication of microneedle arrays via spatially controlled UV exposure

    Hidetoshi Takahashi, Yun Jung Heo, Nobuchika Arakawa, Tesuo Kan, Kiyoshi Matsumoto, Ryuji Kawano, Isao Shimoyama

    MICROSYSTEMS & NANOENGINEERING (NATURE PUBLISHING GROUP)  2 2016.10

    ISSN  2055-7434

    　View Summary

    This paper describes a theoretical estimation of the geometry of negative epoxy-resist microneedles prepared via inclined/rotated ultraviolet (UV) lithography based on spatially controlled UV exposure doses. In comparison with other methods based on UV lithography, the present method can create microneedle structures with high scalability. When negative photoresist is exposed to inclined/rotated UV through circular mask patterns, a three-dimensional, needle-shaped distribution of the exposure dose forms in the irradiated region. Controlling the inclination angles and the exposure dose modifies the photo-polymerized portion of the photoresist, thus allowing the variation of the heights and contours of microneedles formed by using the same mask patterns. In an experimental study, the dimensions of the fabricated needles agreed well with the theoretical predictions for varying inclination angles and exposure doses. These results demonstrate that our theoretical approach can provide a simple route for fabricating microneedles with on-demand geometry. The fabricated microneedles can be used as solid microneedles or as a mold master for dissolving microneedles, thus simplifying the microneedle fabrication process. We envision that this method can improve fabrication accuracy and reduce fabrication cost and time, thereby facilitating the practical applications of microneedle-based drug delivery technology.

  • マイクロピラーアレイを用いた高感度MEMS気流せん断応力センサ—High sensitive MEMS airflow shear stress sensor using a micro-pillar array

    高橋 英俊, 風間 涼平, グェン タンヴィン, 髙畑 智之, 松本 潔, 下山 勲

    「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編] 33   1 - 4 2016.10

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide 】

  • Leading international biologging research to elucidate the impacts of anthropogenic stressors on marine ecosystems

    2022.12
    -
    2029.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Fund for the Promotion of Joint International Research (International Leading Research ), No Setting

    　View Summary

    本研究では、動物の体に計測機器を取り付けるバイオロギングの手法を用いて、海洋高次捕食動物（海生哺乳類、海鳥、ウミガメ類、大型魚類）が人為起源の海洋環境ストレッサーにどのような影響を受けているかを調べる。代表的な5種のストレッサー（水温上昇、海氷減少、貧酸素化、海洋汚染、海中騒音）に対し、研究にふさわしい動物を選んで機器を取り付け、行動、生理、周囲の環境を詳細に計測し、解析する。

  • New flexible electronics technology platform for wellbeing society

    2022.06
    -
    2025.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering), No Setting

    　View Summary

    本研究では、普及の決め手に欠けるフレキシブルエレクトロニクスの現状を打破する「次世代のフレキシブルエレクトロニクスの基盤技術」の確立を目的として、３つの研究項目、A:「極薄Si半導体素子とフレキシブルエレクトロニクスの融合」、B:「レーザー誘起グラフェンによる金属を用いない配線・センサ・アクチュエータ形成技術」、C:「Auxetic Structureによる伸張性と強度を両立したシート型フレキシブルデバイスの実現」を設定し、次世代のフレキシブルエレクトロニクスのための基盤技術の創成に取り組む。

  • Effect of social interaction to optimal foraging behavior of central place foragers

    2022.04
    -
    2027.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), No Setting

    　View Summary

    限界値の定理では、単独で振る舞う個体の最適な採餌行動を予測している。しかし、実際には多くの動物種の採餌行動が、同種他個体との個体間相互作用に左右されることが知られている。海洋での採餌と巣のある島での雛への給餌を繰り返す海鳥であるオオミズナギドリをモデル種として、バイオロギングとリアルタイム生理情報収集システムを駆使して、時空間的に変動する海洋環境の中でいかにして効率的な採餌を達成し、同じ餌資源を巡る同種他個体がいる状況でいかに振る舞っているのかを明らかにする。

  • Kirigami metamaterials for tunable optical properties

    2021.04
    -
    2024.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), No Setting

    　View Summary

    本研究では、切り紙構造を利用することで、光学的な特性を大幅に変調可能なMEMS光学メタマテリアルを実現する。光学メタマテリアルにおいて、従来から光共鳴構造の3次元形状変化や、フレキシブル基板の引っ張りによる共鳴体の配置間隔変化を利用した動的特性変調方法が研究されているが、限界があり実用的なデバイスに必要な変調機能は得られていない。そこで、2次元平面から立体構造を自由度高く作ることができる切り紙構造と融合し、構造的な制約をなくし、可変自由度が飛躍的に高い光学メタマテリアルを実現する。薄型可変レンズ、可変偏光モジュレータ、大面積可変ホログラムなど、強力な光操作デバイスを実現する基礎技術を確立する。
    本研究では、切り紙構造を利用することで、光学的な特性を大幅に変調可能なMEMS光学メタマテリアルを実現することを目的としている。光学メタマテリアルにおいて、従来から光共鳴構造の3次元形状変化や、フレキシブル基板の引っ張りによる共鳴体の配置間隔変化を利用した動的特性変調方法が研究されているが、限界があり実用的なデバイスに必要な変調機能は得られていない。そこで、2次元平面から立体構造を自由度高く作ることができる切り紙構造と融合し、構造的な制約をなくし、可変自由度が飛躍的に高い光学メタマテリアルを実現すための基礎技術を確立することを目的として実施する。
    <BR>
    本年度は本年度はポリイミドフィルムなどを用いた、レーザー加工によるラージスケールでのユニット構造自由度拡張の検証を行うこと、そして、基板への切り紙加工によりAuxetic構造など、引っ張りに対して自由度高く新調する構造を試作することを計画していた。まず、前者について、同心円状の周期的な切り込みを持つ切り紙構造による面外変形の特性評価を行った。梁幅および切り込み長さを決める中心角が異なる試験片を作製し、面外変形を計測した結果、ドーム型、円錐型、先鋭型といった異なる面外変形の分布とできることを明らかにした。後者については、Auxetic構造の予備的な構造として、立体変形後の形状の勾配を調整可能な切り紙メタマテリアル構造について取り組んだ。構造的特性の評価として、切り込みの大きさを変えた複数のデバイスを製作し、それぞれの面外方向における外力に対する変形量を測定したところ、切り込みを大きくすることで変形量を増大させることが可能であるとわかった。さらに、切り込みの大きさを同一構造内で場所により変化させることで、本研究の目標に設定した変形形状の調整である、構造内で変形しやすい領域と変形しにくい領域を製作することが可能であるとわかった。
    ラージスケールで予備的な検証が順調に進んだといえる。
    今後は、検証した切り紙構造の知見を、小型MEMS構造の加工に適用することで、新規な光学素子を実現できないかどうか、探索を進める予定である。

  • 聴神経腫瘍の聴力予後改善に向けた新規聴覚誘発電位測定法およびアルゴリズムの開発

    2021.04
    -
    2024.03

    Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), No Setting

    　View Summary

    聴神経腫瘍患者の聴力予後改善に向けて、蝸電図の術中聴覚モニタリング応用に向けた新規電極の開発、および機械学習を用いた聴性脳幹反応、蝸電図波形の客観的かつ正確な判定法の開発、の2つを柱とする新規聴覚誘発電位検査法の開発を目指す。さらに、既存の聴覚モニタリング法と組み合わせて術中の聴覚機能低下を早期に検出するアルゴリズムの作成による世界最高の術中聴覚モニタリング法の確立、また検査波形の正確な判定から聴力予後をより正確に予測するアルゴリズムの作成を目指す。聴覚障害によって大きくQOLが損なわれた患者が多数存在する聴神経腫瘍臨床の現状を変革する。
    １）現行使用可能な電極を用いて、外来での蝸電図測定の症例を積み重ね、より精度の高い波形が得られる工夫を重ね、その成果を日本聴覚医学会学術講演会（2021年11月、東京）で発表した。そして、蝸電図を用いた聴神経腫瘍手術中の術中聴覚モニタリングを複数の症例で施行した。それらの症例において、聴性脳幹反応の特にⅠ波に着目して、Ⅰ波による内耳機能のモニタリングと、蝸電図によるモニタリングを併用することで、蝸牛反応の持続測定を試みた。その結果と、ＡＢＲのⅤ波およびＤＮＡＰ反応による脳幹由来の反応を組み合わせることで、術中の聴覚反応を厳密に測定することを心がけた。その結果として、極めて高い術後の聴力温存率を達成できるようになり、現在術中の様々な聴覚反応と術後聴力予後との関連を詳細に検討している。
    ２）新規蝸電図電極の開発に向けて、必要な材料を集め、試作品の作成を試み、1年目は基礎的なデータの積み重ねを行った。
    ３）800例を超える当科通院中の聴神経腫瘍患者のデータベースを作成し、主に未治療の患者400例弱を対象に初診時の純音聴力検査、語音聴力検査、ＡＢＲ，ＯＡＥのデータの詳細をデータベース化した。それらの聴覚データと、年齢や腫瘍径などとの相互関係を検討し、また聴力や腫瘍の予後との関連などにつき、現在解析を進めている。その成果は、日本耳鼻咽喉科頭頸部外科学会学術講演会（2022年5月、神戸）での発表を予定している。
    蝸電図を用いた術中聴覚モニタリング症例の積み重ね、外来での蝸電図測定、多数の症例のデータベース化、新規電極の作成にむけた試作品の作成など、いずれもほぼ当初の予定通りに順調に進展している。
    2年目に予定していたＡＩを用いた機械学習は、より簡便なパターン認識のプログラム作成の方が適している可能性があると現在は考えられ、いま解析中のデータに基づいて、2年目以降の方向性につき必要に応じて変更を行う予定である。その他の研究計画に関しては、当初の予定通りに遂行していく。

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Awards 【 Display / hide 】

  • The 31s IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Outstanding Student Paper Award

    松平謙英, 高橋英俊, 平山佳代子, グェンタンヴィン, 塚越拓哉, 下山勲, 2018.01, IEEE MEMS2018

  • 第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムポスター賞

    磯崎瑛宏, 菅哲朗, 高橋英俊, 松本潔, 下山勲, 2017.11, 電気学会センサ・マイクロマシン部門, 自立構造型可変メタマテリアル

  • Outstanding Paper Award

    Thanh-Vinh Nguyen, Hidetoshi Takahashi, Isao Shimoyama, 2017.06, The 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, MEMS-based pressure sensor with a superoleophobic membrane for measuring droplet vibration

  • 第29回安藤博記念学術奨励賞

    高橋英俊, 2016.06, 安藤研究所, MEMSピエゾ抵抗型力センサの研究開発

  • Outstanding Student Paper Award Finalist

    Ryu Furuya, Hidetoshi Takahashi, Nguyen Thanh-Vinh, Tomoyuki Takahata, Kiyoshi Matsumoto, Isao Shimoyama, 2016.01, IEEE MEMS2016, Measurement of jumping force of a fruit fly using a mesa structured force plate

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Courses Taught 【 Display / hide 】

  • SPECIAL LECTURE SERIES ON MULTIDISCIPLINARY AND DESIGN SCIENCE

    2024

  • ROBOTICS / MECHATRONICS

    2024

  • MEMS: DESIGN AND FABRICATION

    2024

  • MECHANICAL ENGINEERING PROJECT

    2024

  • INDEPENDENT STUDY ON INTEGRATED DESIGN ENGINEERING

    2024

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