Electrostatic or capacitive accelerometers are among the highest volume microelectromechanical systems (MEMS) products nowadays. The design of such devices is a complex task, since they depend on many performance requirements, which are often conflicting. Therefore, optimization techniques are often used in the design stage of these MEMS devices. Because of problems with reliability, the technology of MEMS is not yet well established. Thus, in this work, size optimization is combined with the reliability-based design optimization (RBDO) method to improve the performance of accelerometers. To account for uncertainties in the dimensions and material properties of these devices, the first order reliability method is applied to calculate the probabilities involved in the RBDO formulation. Practical examples of bulk-type capacitive accelerometer designs are presented and discussed to evaluate the potential of the implemented RBDO solver. ARTICLE HISTORY

Highly flexible structures (springs) can be found in many precise devices, such as small actuators of optical disc drive and mobile cameras. A good configuration design is crucial for correct operation of these devices. In this case, optimization techniques can be applied to design of these flexible structures, aiming to reduce development time and costs. Remarkably, the design of these structures turns out to be a challenge in topology optimization. Thus, in this work, a formulation for designing highly flexible structures by using topology optimization is investigated. The topology optimization problem is defined as minimization of the mean compliance subjected to material volume and perimeter constraints, combined with a projection technique. The material model is based on the traditional SIMP approach and the optimization problem is implemented by using COMSOL software and solved by using MMA algorithm. A well-known plane string case has been carried out to evaluate the potential of the proposed topology optimization formulation.

Microssistemas eletromecânicos ou "Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS)", representam uma classe de dispositivos que combinam funções mecânicas e eletrônicas em escala micrométrica. Através do uso de técnicas de microfabricação, adaptadas da indústria de semicondutores, é realizada a integração entre estruturas móveis, sensores, atuadores e eletrônica, tornando possível a implementação de sistemas completos miniaturizados. Acelerômetros eletrostáticos estão entre os dispositivos MEMS mais comercializados hoje em dia, com venda anual em todo o mundo superior a 100 milhões de unidades e crescente a cada ano. Eles são geralmente fabricados utilizando-se três lâminas de silício espessas, coladas uma sobre a outra. A camada intermediária é obtida por processos de corrosão e consiste de uma 'grande' massa de prova suspensa por uma ou mais vigas. Ela é separada das lâminas superior e inferior por um pequeno espaço vazio (gap), dando origem a dois conjuntos de capacitores de placas paralelas. A flexibilidade das vigas permite que a massa se mova proporcionalmente à aceleração externa e o seu deslocamento é estimado pela variação da capacitância do conjunto. O projeto destes sensores é uma tarefa complexa, já que os seus diversos requisitos de desempenho são, na maioria das vezes, conflitantes, isto é, se o projeto é modificado para melhorar uma característica, as demais são inevitavelmente afetadas e por isso técnicas de otimização devem ser utilizadas na etapa de projeto. Com o intuito de melhorar o desempenho de micro-acelerômetros capacitivos, são então propostas e avaliadas no atual trabalho duas técnicas de otimização distintas, sendo uma delas baseada em Otimização Paramétrica (OP) e a outra no Método da Otimização Topológica (MOT). A OP parte de uma topologia previamente definida e adota algumas de suas características geométricas como variáveis de projeto. Para levar em consideração incertezas nas dimensões e propriedades dos materiais, que é um elemento-chave na concepção e fabricação de dispositivos MEMS, neste trabalho a OP é combinada com o método da Otimização de Projeto Baseado em Confiabilidade ou "Reliability-based Design Optimization (RBDO)". Análises de confiabilidade de primeira ordem através do Método de Confiabilidade de Primeira Ordem, ou "First-Order Reliability Method (FORM)", são utilizadas para o cálculo das probabilidades envolvidas nesta formulação. Já o MOT combina o Método dos Elementos Finitos (MEF) e um modelo de material com algoritmos de otimização para encontrar a distribuição ótima de material em um domínio de projeto pré-estabelecido. As variáveis de projeto são as pseudo-densidades que descrevem a quantidade de material em cada ponto do domínio. Na modelagem pelo MEF utiliza-se elementos de placa estrutural do tipo "Mixed Interpolation of Tensorial Components (MITC)". Exemplos práticos utilizando ambas as abordagens são apresentados e os seus resultados discutidos com o intuito de se avaliar o potencial de cada técnica para o projeto de micro-acelerômetros capacitivos.