در این تحقیق شبیه سازی و بهینه سازی سه سیستم بر پایه لایه های نازک پیزوالکتریک انجام شده است. برای انجام شبیه سازی از نرم افزار اجزای محدود ansys استفاده گردیده و رفتار این سیستم ها ارزیابی و بهینه سازی شد. در ابتدا یک سنسور فشار جهت بهینه سازی عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق به ارزیابی عملکرد سنسورهای فشار بر پایه لایه نازک پیزوالکتریک با شرایط مرزی معلق پرداخته شده و عملکرد آنها با تعیین نسبت ضخامت مناسب لایه های پیزوالکتریک و زیر لایه و شکل هندسی ساختار به میزان قابل توجهی بهبود داده شده است. در مسئله دوم کانتیلورهای جمع کننده انرژی مورد ارزیابی و بهینه سازی قرار گرفت. هدف از این بخش از تحقیق افزایش میزان توان خروجی این کانتیلورهای جمع کننده انرژی از ارتعاشات محیطی جهت تولید انرژی می باشد. در راستای همین موضوع، تلاش شد که کلیه طراحی های موجود برای کانتیلور های پیزوالکتریک جمع کننده ی انرژی به صورت یکجا و جامع مقایسه شوند، سپس ساختار های جدیدی طراحی شوند که بیشترین میزان بازدهی را برای جمع آوری انرژی در میان ساختار های موجود داشته باشند. در مسئله سوم عملکرد میکروکانتیلورهای مورد استفاده در میکروسکوپ نیروی اتمی ارزیابی، توسعه و بهبود داده شد. در این بخش از تحقیق یک میکروکانتیلور پیزوالکتریک با ساختاری خاص، جهت کار در میکروسکوپ های نیروی اتمی پیشرفته به عنوان بیو سنسور جهت کار در مد استاتیک، طراحی و بهینه سازی گردید.