"Arduino" verwendet avr-gcc und avr-libc und ein paar bibliotheken, welche die benutzung stark vereinfachen. Insofern kannst du alles verwenden, was davon unterstuetzt wird. Hardwareseitig ist es ein ganz normaler AVR chip und kann auch so behandelt werden.
Die hardware des Duemilanove boards unterstuetzt sowohl den 168 also auch den 328 chip. Einfaches austauschen ist jederzeit moeglich. Die bequeme programmierung ueber die Arduino software setzt allerdings voraus, dass ein bootloader auf den chips installiert ist. Wenn du das zwecks speichermangel nicht willst, dann brauchst du noch einen einfachen AVR progammer fuer ca 20-30?. So ein geraet ist immer nuetzlich 
Fuer dein quadrokopter projekt sei noch erwaehnt, dass die Arduino bibliotheken nicht unbedingt auf hoechste performance ausgelegt sind. Programmieren kannst du das teil aber so hardware nah/fern wie du willst.