2012年、学位を取得した遠藤はソニーコンピュータサイエンス研究所（以下、SonyCSL）の研究員に就任。ロボット義足の実用化に向け、足首のバネを使用して軽量化した義足の開発を続ける。一方、途上国義肢の開発・普及を行うD-legの代表も務め、See-Dコンテストでも代表に就任している。2013年頃から、「義足エンジニア」と呼ばれるようになる。義足の選手が健常者のメダリストを超えることを目指していた遠藤は、2012年9月に元陸上選手の為末大と出会う。チェアスキー開発に携わっていた杉原行里をメンバーに加え、2014年5月に株式会社 Xiborgを起業、代表取締役に就任する。2020年の東京オリンピックでのメダル獲得を目標にパラリンピック出場者用義足の開発に取り組む。豊洲に拠点を構え、カーボンブレードの製作には東レ・カーボンマジックと連携している。2016年には開発した「Xiborg Genesis」の販売を開始し、同年9月のリオデジャネイロパラリンピックでは佐藤圭太が使用。2017年にロンドンで開催された世界パラ陸上競技選手権大会では、佐藤らの4×100mリレーは銅メダルを獲得。ジャリード・ウォーレスもXiborg製品を使用し、100mで銅メダル、200mで金メダルを取得した。一方で遠藤は2017年にクラウドファンディングで約1750万円の資金を集め、同年12月に競技用義足を貸し出す「ギソクの図書館」を設立した。さらに東京都立産業技術研究センターの「障害者スポーツ研究開発推進事業」で東レなどとも連携した共同研究に取り組み、2018年8月に「Xiborg ν」の受注生産を開始。Xiborgの所属義足ランナーの解析結果を基づくアスリート向けで、同年9月の日本パラ陸上競技選手権大会では佐藤圭太が優勝を果たしている（T-64クラスの100m、200m）。同年11月には前年に引き続き、義足アスリートによる「渋谷シティゲーム」を開催した。一方、ロボット義足では2016年からSonyCSLとXiborgの共同プロジェクトとして「SHOEBILL」を開発を進める。平成29年度には落合陽一が代表を務める科学技術振興機構（JST）のCREST「計算機によって多様性を実現する社会に向けた超AI基盤に基づく空間視聴触覚技術の社会実装」に参画。2018年には「SHOEBILL - ototake model」を乙武洋匡に装着してもらい、立位や歩行を実現させる「OTOTAKE PROJECT」を発表した。
骨肉腫を患った高校の後輩が足を切断することになったことをきっかけに、遠藤は義足開発の道へ進むことを決意。2005年に慶應義塾大学の博士課程を中退し、マサチューセッツ工科大学（MIT）メディア・ラボのヒュー・ハー教授の元へ留学し、博士候補生としてバイオメカニクス・ロボット義足の研究を開始する。MITには1月に学生自身が授業を開講する制度があり、遠藤は小型ヒューマノイドロボットを扱う「Robo-one Workshop」を立ち上げたり、発展途上国に関する講義「D-lab」の講師を務めたりと、活発に活動する。特にD-labでは発展途上国に出向いて実際に義足を製作する活動を行い、D-labを日本へ紹介する活動にも取り組んだ。また、途上国適正技術開発のコンテストであるSee-Dコンテストにも携わる。留学生活は厳しくストレスによる突発性難聴になることもあったが、2012年6月にPh.Dの学位を取得する。なお、この時点で既婚、1児の父であった。
2008年、イースタンリーグ開幕戦に7番三塁でスタメン出場。フレッシュオールスターゲームでは4番遊撃手として、本塁打、三塁打など3安打で優秀選手賞に選ばれた。イースタン96試合に出場、12球団トップの105三振ながら、367打数96安打で最多安打、打率.267、チーム最多の本塁打10、50打点。2009年、背番号を61に、登録も内野手に変更。1月に高橋由伸の合同自主トレに参加。春季キャンプでは一軍に入る。5月12日に一軍初昇格。同日の横浜戦に8番二塁手でスタメン出場し、プロ入り初出場、球団史上初の平成生まれの一軍出場選手となった。3打数3三振し二軍降格、6月8日に再昇格し同日の東北楽天ゴールデンイーグルス戦に8番三塁手として出場しプロ入り初安打。9月11日の広島東洋カープ戦ではマツダスタジアムのバックスクリーン右へ平成生まれの選手初ホームラン。2010年、前年と同じく高橋由伸、亀井義行らの合同自主トレに参加。自身初の開幕一軍入りするが6月25日のイースタン・リーグ東北楽天ゴールデンイーグルス戦で右足の靭帯を痛め、イースタンリーグ終了後の10月4日に右足甲関節固定手術を受けた。2011年、6月5日に一軍昇格し7番一塁手でスタメン出場。二度一軍昇格し、ファームでは7月のイースタンリーグMVPを受賞、90試合に出場。2012年、イースタンリーグ開幕戦に4番二塁手でスタメン出場し本塁打。5月8日にシーズン二度目の昇格、同月11日の横浜戦で8番一塁としてスタメン出場。9月7日にシーズン四度目の昇格、同日のヤクルト戦で3年ぶりの安打。二軍では打率でイースタンリーグ3位の.323、48打点、116安打で打点王と最多安打。2013年、6月3日の埼玉西武ライオンズ戦で自身初の1番打者として起用され、勝ち越しタイムリー。その後も1試合4安打を記録するなどしたが、同月12日の全体練習に寝坊で1時間遅刻し、川相ヘッドコーチの判断により即二軍降格となった。2週間後に1軍復帰するが、8月4日の阪神戦でダイビングキャッチを試みた際に左膝靭帯を損傷、翌日に登録を抹消された。最終的に打率.324・4本塁打、日本シリーズ第5戦では7番・一塁として先発出場する。2014年、背番号を61から36に変更。開幕は二軍で、5月23日に一軍昇格し、同月25日の北海道日本ハムファイターズ戦に1番左翼手で先発出場。翌26日には人生初のサヨナラヒット。2015年、4月29日の中日ドラゴンズ戦で、初めて4番打者（球団史上83代目）としてスタメン出場（1試合のみ）。2016年シーズン終了後の11月5日、背番号を61に再び変更する。2017年、1月に一般女性と結婚。3月31日の開幕戦で「1番・二塁手」としてスタメン出場し、プロ10年目で初の開幕戦スタメン。以降、37試合連続スタメン出場するが、ケーシー・マギーが二塁手にコンバートされる。9月26日の対ヤクルト戦で岩橋慶侍から球団通算1万号となる本塁打。自己最多の90試合に出場し、打席数、安打、本塁打などでキャリアハイを記録する。2018年、4月に第1子誕生。途中二軍落ちもあったが前年に次ぐ70試合に出場も打率.186、1本塁打、6打点と打撃不振に終わり10月26日に戦力外通告を受け、12月2日に自由契約公示された。11月13日に12球団合同トライアウトを受け、同月20日に横浜DeNAベイスターズが獲得を発表。