Вот, сам нашел нечто похожее на ответ:
Avrdude прошивает Arduino через bootloader (зашитый в микроконтроллер), используя протокол STK500 для передачи новых скетчей. Вот документация.
Видимо, используя этот протокол можно залить скетч в Arduino из Android...
А вот и STK500 на Java...