高速なI/Oが必要ならピン数の多いマイコンに置き換えを検討。

そうでもなくて、すでに完成しつつあるシステムで、追加が必要ならI2CやSPIのI/Oエキスパンダーで増設。
手軽だけど距離を伸ばすのは不安。

増設したいI/Oが数m以上のような距離にあるなら、RS-232Cや422、485で相手側にもマイコンを置いて増設。
I/Oエキスパンターよりは高価。でもマイコンも高くはないし、UNOだって互換品なら安い。
必要ならI/O側だけで処理ができる。危険なときの緊急OFFとか。人間でいえば脊髄反射？
通信を介するぶん遅くなるデメリットをカバーできるメインのCPUの負担が減る。
拡張したI/O側にもプログラムが必要とか、プログラムの信頼性の検証が余計に必要だとか。