Nel 1835, William Otis, 23 anni, divenne socio della ditta di contratti di Carmichael & Fairbanks di Filadelfia, impegnata nel nuovo e promettente settore della costruzione di ferrovie. Qui, ha sviluppato un nuovo tipo di macchina da scavo: la pala meccanica, meglio conosciuta come la pala a vapore, indicando così la sua fonte di energia; questo apparecchio è stato progettato per eseguire le stesse azioni di una persona con la pala.
Otis in seguito collaborò con Joseph Harrison per costruire un prototipo e un modello di pre-produzione nel 1836. Avrebbe dovuto depositare un brevetto già nel 1836, ma le specifiche tecniche furono perse durante un incendio doloso. Finalmente il brevetto numero 1089 è stato rilasciato il 24 febbraio 1839 (185 anni fa) per un "Escavatore a gru per scavare e rimuovere la terra". Il disegno mostra una gru montata su un vagone ferroviario. Un carico di terra potrebbe essere sollevato dal secchio, sollevato dalla gru, e scaricato nelle automotrici utilizzando un sistema di pulegge per spostare il braccio e il secchio della gru. La sua macchina fu la prima a impiegare il principio di un escavatore con un secchio oscillante dal centro e dotato di una spinta di potenza per regolare lo spessore radiale del taglio. La prima pala a vapore poteva spostare 380 metri cubi di terra al giorno, con una pala di capacità di 1,1 metri cubi e un fiocco di legno di 180 gradi.
Dopo aver ricevuto il brevetto per la sua pala innovativa nel 1939, William Otis morì pochi mesi dopo per la febbre tifoide all'età di 26 anni. Carmichael & Fairbanks, l'azienda in cui Otis era partner, continuarono a sviluppare la macchina e ad usarla nel loro lavoro. Daniel Carmichael, lo zio di Otis per matrimonio, ottenne un'estensione di sette anni sul brevetto nel nome della vedova di Otis prima della sua scadenza.
La pala a vapore non ha riscosso inizialmente un'accettazione diffusa perché competeva con la manodopera immigrata a basso costo. Negli anni settanta dell'Ottocento, tuttavia, la pala a vapore divenne un mezzo importante dietro l'espansione verso ovest e le operazioni minerarie dell'America.
