設計、コップ、そしてブランケット：自由エネルギー原理に基づくプロダクトデザイン手法

要旨: 私たちは新しい推論問題、すなわち要求に導かれるインターフェース型推論を形式化する。物理システムの時空間観測と機能要件が与えられたとき、その要件が満たされるために、システムの内部と環境を分ける必要のあるインターフェースがどのような種類でなければならないかを推論することが課題である。事前に指定されたオブジェクト型のもとでパラメータを最適化する古典的な制約付き設計とは異なり、ここでは型そのものが未知である。
本問題を、マルコフ・ブランケット分割に対する制約付き変分ベイズ推論として定式化し、Constrained Dynamic Markov Blanket Detection（C-DMBD）を導入する。このアルゴリズムは、双対上昇により更新されるラグランジュ乗数を通じて、機能目標へ向けてブランケット発見を制御することでDMBDを拡張する。これらの乗数は、モデルが予測するブランケット統計から計算される違反を罰則として与え、推論された分割とインターフェースのダイナミクスの両方が要件によって形作られるようにする。
この枠組みは、古典的設計では得られない3つの現象を生み出す。すなわち、同一ファミリー内ナビゲーション（1つのインターフェース型が異なる機能モードを支持できること）、ファミリー遷移（要件の変更がインターフェース型の不連続な転移を引き起こすこと）、そして存在論的曖昧性の解消（物理データだけでは未解決の曖昧さを要件が解消すること）である。収束した乗数は、推論されたインターフェースが満たすことに抵抗する物理的性質が何であるかを記録する、機能的努力の証明書（certificate）を形成する。
最後に、カップのマルコフ・ブランケットに関連する生成モデルのファミリーは、カップではなく設計者に属する、という主張を行う。カップは不活性である。モデルのファミリーは、カップの表面が支えられるダイナミクスについての設計者の表現である。これは、設計者がカップ—ユーザーモデルを表面へ符号化し、ユーザが能動的推論によってそれを再構成し、そして生理データが設計者の事前分布とユーザの実際の生成モデルの間にあるギャップを明らかにする、というループをもたらす。