Hola MatíasD, cuando dices que hiciste una prueba con un sensor....eso fue enviar lo datos serialmente?, ocupaste el xbee en modo trasparente?? (conectaste el sensor al Tx del xbee?)
Respondiendo a tu pregunta, sí es perfectamente posible enviar los datos de tus sensores sin necesidad de usar el lilypad. Para usarlo de ésta forma debes configurar el xbee en modo API, configurar los pines que usarás como entradas analogas o digitales según corresponda al sensor que uses.
Si quieres que se tomen decisiones autónomas en base a los valores de cada sensor, en ese caso sí tendrias que contar con un micro.
Saludos!