Роберт Стирлинг родился 25 октября 1790 года, в Клог Фарме недалеко от Метвена, Шотландия. Он рано познакомился с инженерным делом. В 1756 году его дедушка Майкл, изобрел первую молотилку и Роберт помогал обслуживать и чинить машину. Юный Роберт проявил большой интерес к механике и с 1805-1808 года, он посещал Эдинбургский университет, где изучал латынь и греческую логику и математику. Год спустя, он пришел в университет изучать богословское право, закончив его 4 июля 1815 года. Он был посвящен в сан и оставался священником до своей смерти в 1878 году.
В первой половине 19 века, в Европе произошли большие перемены в сфере технологий экономики и общественного порядка. На заре индустриальной революции, условия труда были ужасными и Стирлинг мог видеть это в своем приходе. В угольных шахтах появились новые паровые машины, приводящие в действие насосы которые откачивали воду. Уровень смертности был высок. Котлы часто взрывались, унося много жизней. Среди жертв были шестилетние дети, вынужденные работать в шахте. Стремясь сделать жизнь шахтеру безопаснее и легче, Роберт Стирлинг хотел создать машину работающую при меньшем давлении и без опасного пара. Хотя принципы термодинамики еще не были известны, Стирлинг знал, что газ расширяется в тепле и сжимается в холоде. Это можно показать на простом опыте- если закрыть бумажной крышкой банку с горячим вареньем, воздух внутри будет горячим. Он расшириться и крышку выгонит наружу. Но если поставить банку в холодную воду, воздух внутри остынет, сожмется и крышка втянется внутри. Стирлинг хотел создать машину, основанную на этом свойстве газов. Ее принципы были известны с античных времен. Во втором веке до нашей эры, Герон Александрийский создал механизм автоматически открывавшие двери храма. Когда посетитель возжигал жертвенный огонь, тепло нагревало спрятанный под землей сосуд с водой и воздух внутри расширялся.
Давление выталкивало воду через трубку в ведро, под весом воды ведро опускалась и тянуло за веревку, которая открывала дверь. Когда огонь гаснул, воздух остывал и сокращался.
Создавался частичный вакуум, вода из ведра засасывалась назад в сосуд и противовес закрывал двери. Как и машина Герона, изобретение стирлинга основывалось на том, что воздух остывая сжимается, а нагреваясь расширяется. 27 сентября 1816 года он получил в Шотландии патент на тепловой двигатель и позднее был назван- двигателем Стирлинга.
Вот как он работает. Запечатанный цилиндр постоянно нагревается от находящегося под ним источника тепла. Воздух в его нижней части нагревается, расширяется и выталкивает поршень. Теперь, воздух нужно снова остудить. Для этого в дальней от источника тепла части, сделаны охлаждающие рёбра. Воздух нужно поднять со дна, эту задачу выполняет другой поршень, который выталкивает воздух по направлению к охлаждающим ребрам. Там воздух остывает, сжимается и рабочий поршень возвращает его обратно. Вытеснительный поршень освобождает место для воздуха на дне и цикл начинается сначала. Чтобы скоординировать движение, силовой и вытеснительный поршни нужно синхронизировать. Для этого их соединяют маховиком. Стержни поршней прикреплены таким образом, что они движутся совершенно синхронно на всех стадиях. Пока горячий воздух поднимает рабочий поршень, вытеснительный остается неподвижным. Затем начинается вытеснение воздуха в холодной конец цилиндра. Наконец оба поршня возвращаются к старту. Охлажденный воздух идет вниз, чтобы там нагреться и весь цикл повторяется. Тепловой двигатель Стирлинга стал безопасной альтернативой паровой машине, потому что внутреннее давление было намного ниже. Уголь был нужен только для нагревания воздуха. Изобретение Стирлинга было не только более безопасным но и топливосберегающим. Только из-за этого стоило развивать эту технологию.
К 1840 году роберт его брат Джеймс инженер и литейщик запатентовали несколько усовершенствований к двигателю.
