Или для подобного надо с нуля делать девайс на особой программируемой микросхеме?
Правильный ход мыслей. Такие девайсы существуют. Гуглите "
хакерские визитки".

Прочитав инструкцию на визитке, её обладатель подключает оную к USB-порту компьтера, затем запускает Notepad, нажимает несколько раз Caps Lock и видит приветствие/доп. информацию от хакера, которая вводится как раз методом эмуляции клавиатуры.
Флешку в такое устройство не переделать, однако засунуть подобное железо в корпус флешки можно.