До 1808 року відноситься остаточне завершення Кулібіни нового винаходу - «механічних ніг».
Думка винайти протези прийшла йому в голову, коли він жив ще в Петербурзі. У 1791 році до нього звернувся офіцер артилерії Непейцин, що втратив ногу під Очаковом:
«Ось, Іван Петрович, багато ти різних чудасій вимудріл, - сказав він, - а нам, воякам, доводиться тягати грубі деревинки».
Кулібін захопився цією думкою, склав креслення, а по ньому велів зробити протез. Виготовляв його «сідельний майстер» (так називали тоді шорників). У себе на квартирі Кулібін приробив офіцерові «механічну ногу», і, хоча вона була не настільки досконала, як та, яку винахідник представив пізніше на розгляд начальства, все ж офіцер зміг нею користуватися; як пише Кулібін, «обувшісь в чоботи, на перший випадок з тростиною пішов, сідав і вставав, не торкаючись до неї руками і без будь-якої сторонньої допомоги; а наостанок я чув від вірних людей, що він, живучи в своєму селі, звик на ній ходити сміливо і без тростини ».
У 1794 році він виготовив протез Валер'яну Зубова, брату тоді всесильного тимчасового правителя і фаворита Катерини II - Платона Зубова. У нього ампутована була нога нижче коліна. Стало бути, Кулібін сконструював протез для гомілки і для стегна.
Кулібін тоді ж звернув увагу на сторону справи, не втратила актуальності до наших днів. Він перший висунув питання про легкість і міцності протеза, вказав на необхідність зручності в шкарпетці, хорошою пригонки й безшумної при ходьбі. Він вказав також, що липа є найпридатніший матеріал для протеза, тому і зараз все дерев'яні частини його виготовляються саме з липи.
У Нижньому Новгороді він знову зайнявся своїм винаходом, так як число інвалідів за роки Вітчизняної війни збільшилася.
У вдосконаленому вигляді протез Кулібіна складався з двох частин. Одна - це гомілку з п'яти. Вона була для легкості порожниста. Друга - середина ноги з пальцями. Друга частина поєднувалася з першою шарніром і мала приховану пружину, за допомогою якої «механічна нога» згиналася і випрямлялася. До тіла ця нога прикріплювалася за допомогою металевої шини, що складалася з трьох частин: коленная, прикріплюється до коліна шурупами, стегнова - дві вузькі смужки, які йшли від коліна до великого вертлуга і рухомо прикріплювалися до колінної шині; туловищная, або верхня, частина шини представляла собою широку, що охоплює бік і закінчувалася під пахвою Платівку. Туловищная ніша мала, в свою чергу, дві поперечні півкола частини. Нижня обіймала стегно і закінчувалася ременем, яким нога прикріплювалася до тазу. Верхня - охоплювала частину грудей і прекреплялась ременем-о-пліч.
Таким чином, вся шина дуже зручно прикріплювалася у верхній частині тулуба. На верхньому кінці шини перебувала перекладінка, як у милиці, - вона підпирала плече.
У спеціальному додатку до «Опису механічних ніг» Кулібін інструктує тих, кому належить ними користуватися: «Для надягання на неї панчохи, чоботи або черевика, має зверху її погнути рукою сміливіше, вона розігнеться до зупинки, у чому і пружина її затримає, а надягши панчіх або чобіт, так само погнути ону сисподі підошви, і вона зігнеться і пружина її також на своєму місці затримає ».
Щоб наочно показати придатність свого винаходу, Кулібін зробив модель: дві ляльки з «механічними ногами». Одна лялька зображувала людини, у якого ліва нога віднята вище коліна, інша - у якого права нога віднята нижче коліна. Таким чином, були передбачені обидва випадки втрати ніг.
Креслення і моделі ніг з ляльками він послав свого патрона Аршеневскій, який, в свою чергу, передав їх на розгляд президенту Медико-хірургічної академії Якову Вілліє. Хірурги розглянули штучну ногу. Наводимо витяг з листа професора хірургії Івана Буша до президента Вілліє:
«Художник, знаючи абсолютно потрібні властивості штучних членів, з'єднав оні в своїй машині досить щасливо, тобто м'якість, міцність і зручність в користуванні. Ніхто, крім нього, настільки і не намагався всю силу тиску тіла, діючу поверхнею або кінцем відсіченого члена на кінець штучної ноги, розділити, і тим вживання оной зробити нешкідливим; бо в усіх іншими винайдених розташоване зміцнення єдино на ближньому члені, і відсічені кінець підтримує тіло, спираючись на підроблену ногу, через що настільки часто не кажучи вже про біль, рани знову розкриваються, народжуються свищі і псування кісток ».
Отже, військові хірурги визнали винайдений протез найдосконалішим з усіх тоді існували і цілком придатним до вживання. Але і цей винахід не принесло Кулібіна нічого, крім витрати. Поки думали та гадали, збираючись відчувати протез на досвіді, застосовуючи його до поранених, якийсь спритний француз викрав цей винахід під час війни 1812 року і, як стверджують деякі, продав його Наполеону, отримавши за це неабиякий куш.
Це підтверджується наступним. У паперах Кулібіна знайдена копія замітки з «Санкт-Петербурзьких відомостей», в якій розповідається, що Наполеон розглянув винайдений якимсь Мальцелем протез. Один з ранніх біографів Кулібіна - І. С. Ремезов висловлює тверде переконання, що протез цей належав Кулібіна, і тому налагоджене за кордоном виробництво протезів грунтувалося на викрадених проект російського винахідника.
Фахівці стверджують, що Кулібін випередив усіх протезистів. Він перший сконструював практично придатний металевий протез, який згинався в колінному шарнірі. Він перший здійснив принцип опорности і неопорної кукси. А історія протезної справи приписала цей винахід англійської хірурга Сайсну (1848).