Какие компоненты выбрать для устройства?
Если взять чип ESP8266, то думаю можно уложиться. Не плату ESP8266, а сам чип, у нег о размер 10*11 мм. Сами сенсоры - гироскоп и акселерометр в основном мелкие. Можно еще температуру и влажнось навесить :).  
ESP8266 внутри уже имеет полноценный МК с реализованым стеком Wi-Fi. В сети полно примеров реализации на нем полноценнной работы без внешнего МК.
А в качестве аккумулятора взять миниатюрный li-on под размер. Собственно от его размера и стоит отталкиваться. Плюс разъем microusb и зарядник для li-on, например MCP73831T.
А для чего такой девайс, если не секрет?
вы забыли еще толщину указать, так как можно бутерброд сделать очень высокий, так как по площади все необходимые компоненты вас устраивают