Poli-USP · Depto. de Mecatrônica (PMR)

Otimização de Projeto & Engenharia Generativa

Desenvolvemos métodos que deixam a física, a matemática e a IA decidirem a forma dos dispositivos de engenharia — depois construímos e testamos.

Um laboratório onde o otimizador desenha a máquina

Fundado pelo Prof. Luís Sá em 2023, o Laboratório DO&GE enfrenta problemas multidisciplinares — estruturais, térmicos e de escoamento — combinando otimização paramétrica, otimização topológica e aprendizado de máquina. O objetivo é simples de enunciar e difícil de alcançar: dispositivos com máximo desempenho, eficiência e sustentabilidade.

Nosso trabalho já resultou em mais de 33 artigos revisados por pares e mais de 440 citações, em colaboração com o Imperial College London, a Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) e o Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC).

33+publicações revisadas por pares
440+citações
38coautores pelo mundo
2famílias de patentes

Abordagem

Três caminhos para o melhor projeto

Fmin compliance · V ≤ V*
01

Otimização topológica e paramétrica clássica

Algoritmos redistribuem material ou ajustam parâmetros para chegar a geometrias altamente eficientes sob restrições estruturais, térmicas ou de escoamento — SIMP, TOBS (estruturas binárias), derivadas topológicas e level-set.

z ~ 𝒩(0, I)same BCs → many designs
02

Design generativo com IA

Redes neurais exploram espaços de projeto enormes, além da intuição humana. A partir das condições de contorno e de poucos projetos anteriores, propõem soluções inéditas que equilibram objetivos conflitantes — rigidez vs. peso, perda de carga vs. vazão.

x* (predicted optimum)f̂(x) ± σ
03

Otimização baseada em dados

Modelos substitutos treinados em projetos anteriores preveem o desempenho quase instantaneamente e aceleram a convergência — especialmente em problemas caros, como trocadores de calor e dispositivos de escoamento complexos.

Linhas de pesquisa

Onde aplicamos

01

Otimização topológica de dispositivos de escoamento

Nossa linha principal — de canais microfluídicos a turbomáquinas industriais, com programação linear inteira, derivadas topológicas e propagação contínua de condições de contorno.

  • ILP com variáveis de projeto binárias — sem escala de cinza
  • Propagação contínua de condições de contorno para multifísica
  • Aparamento geométrico para reduzir vazamentos
  • Adjuntos discretos para escoamentos incompressíveis e compressíveis
02

Projeto de células a combustível (PEMFC & SOFC)

Redesenho dos canais de escoamento de células a combustível de membrana polimérica e de óxido sólido.

  • PEMFC multicamada pseudo-3D, bifásica e não isotérmica — ânodo e cátodo otimizados juntos
  • Campos de escoamento radiais para PEMFCs circulares com gerenciamento de água
  • Layouts de canais de SOFC com propagação de variáveis de projeto e FEM multifísico 3D
03

Otimização de escoamentos compressíveis e turbulentos

Formulações pioneiras para escoamentos subsônicos compressíveis e turbulentos em rotação.

  • Modelos baseados em densidade acoplados a Navier–Stokes compressível
  • Turbulência Spalart–Allmaras em referenciais rotativos
  • Difusores, bocais e componentes aerodinâmicos
04

Máquinas rotativas e selos labirínticos

Rotores, bombas tipo Tesla e selos labirínticos projetados por otimização topológica — e validados na bancada.

  • Projeto simultâneo de múltiplos componentes rotor–estator
  • Bombas Tesla a partir de modelos 2D com swirl
  • Selos em escoamento compressível turbulento, testados com protótipos impressos em 3D
  • Selos multiobjetivo (escoamento direto e reverso) — melhor apresentação oral, ETRI 2024
05

Dispositivos biomédicos

Otimização e design generativo aplicados a dispositivos médicos.

  • Projeto, otimização, fabricação e ensaio de bombas de assistência ventricular
  • Protótipos impressos em 3D validados em vazão e pressão
  • Patentes de dispositivos de assistência ventricular
Em colaboração com Imperial College LondonUniversidade Técnica da Dinamarca (DTU)LNCCRCGI — USP

Pessoas

Quem está no laboratório

Pesquisadores e alunos orientados ou coorientados pelo Prof. Sá.

Pós-doc

Andre Luis Ferreira da Silva

Desde 2024

Doutorado · Desde 2025

Alberto Lemos Dúran

Topology optimization method applied to the design of compressor impellers for supercritical CO₂ considering resonance frequency and vorticity local constraints

Doutorado · Desde 2024

Gabriela Alves Barbosa

Simulação e Otimização de Células a Combustível de Óxido Sólido

Mestre (egresso) · 2024

Lucas Neves Braga Soares Ribeiro

Estudo Experimental de Selo Labirinto Projetado via Otimização Topológica

Dissertação ↗
Bancas examinadoras 4
  • Mestrado · 2025José Pereira Ramos JuniorOtimização Topológica Baseada em Componentes Moldáveis Móveis Aplicada ao Projeto de Dispositivos Passivos de Controle do Escoamento
  • Qualif. Doutorado · 2025Rômulo Luz CortezNumerical filters for topology optimization with binary design variables applied to rotormachinery
  • Qualif. Doutorado · 2024Felipe Silva MaffeiA Methodology for Topology Optimization of Turbulent and Compressible Flows for Large-Scale Applications
  • Qualif. Mestrado · 2025José Pereira Ramos JuniorOtimização Topológica Baseada em Componentes Moldáveis Móveis (...)

Junte-se ao laboratório

Estamos sempre em busca de pessoas curiosas

Escolha o caminho que combina com você. Se estiver em dúvida, escreva mesmo assim — encontramos juntos o problema certo.

Graduação · IC & TCC

Para alunos de Engenharia Mecânica, Mecatrônica e áreas afins que querem pesquisa prática. Não é preciso experiência prévia em otimização — curiosidade e comprometimento são o que importa.

Temas
Veja os tópicos abertos na página de Pesquisa.
Requisitos
Matrícula na Poli-USP ou instituição parceira; noções de Python ou MATLAB; interesse em métodos numéricos ou aprendizado de máquina.
Como se candidatar
Envie seu histórico escolar e uma breve carta de interesse.

Mestrado & Doutorado

Vagas em todas as linhas de pesquisa. Você vai desenvolver pesquisa original, publicar em periódicos internacionais e apresentar em conferências.

Formação
Graduação em Engenharia, Física, Matemática Aplicada ou Ciência da Computação; base sólida em FEM/métodos numéricos, mecânica dos fluidos, otimização ou ML; Python, C/C++ ou MATLAB.
Financiamento
Normalmente bolsas FAPESP, CNPq ou CAPES.
Como se candidatar
Envie CV, histórico acadêmico e uma breve proposta de pesquisa alinhada a uma das linhas do laboratório.

Pós-doutorado

Oportunidades surgem periodicamente, geralmente vinculadas a projetos financiados (FAPESP, Shell/RCGI).

Perfil ideal
Experiência em otimização topológica, dinâmica dos fluidos computacional ou aprendizado de máquina científico.
Como se candidatar
Entre em contato com seu CV e interesses de pesquisa.