2019 års Tour de France har precis börjat. När 190 ryttare rusar genom Frankrikes gator, åskådare kommer att förundras över den tätt packade formationen av cyklister som kallas pelotonen. Fans kommer att hävda att en peloton skapar en aerodynamisk fördel, gör det möjligt för ryttare att spara energi under det ansträngande treveckorsloppet.

Men vad händer om mönstren i pelotonen inte bildas på grund av aerodynamik utan snarare på grund av visuella begränsningar? I en nyligen publicerad studie publicerad i Journal of the Royal Society Interface , forskare vid Utah State University, Naval Undersea Warfare Center, Baylor University, VeloCam Services och Massachusetts Institute of Technology avslöjar att synen är den viktigaste faktorn i bildandet och formen av en peloton.

Studien började för fyra år sedan när professor Tadd Truscott från Utah State University och Jesse Belden från Naval Undersea Warfare Center gav sig i kast med att reda ut det vätskeliknande beteendet hos pelotonen.

Medan den 17-faldiga Tour de France-slutaren Jens Voigt säger "cykling är inte raketvetenskap, " Truscott och hans kollegor - som själva är cyklister - delar ett annat perspektiv. Teamet spekulerade i att pelotonen uppstår på grund av viss kunskap inom gruppen, teamdynamik och strategi, aerodynamik eller kanske sensorisk perception.

Forskare tittade på timmar av flygbilder från Tour de France 2016 och fann att rörelser från framsidan av flocken såg ut att passera genom pelotonen på ett nätverkssätt, med individer som reagerar på varandra på relativt kort tid och utrymme.

"Tour de France-åkarna är ofta bara några centimeter ifrån grannar på alla sidor, sa Truscott, "Vår bildanalys avslöjade att cyklister riktar in sig i mönster inom en plus eller minus 30-gradersbåge som motsvarar det mänskliga synfältet nära perifert. Detta hjälper dem att reagera säkert på förändringar eller störningar från närliggande ryttare."

Forskare märkte också att ryttare i allmänhet inte anpassar sig i optimala aerodynamiska draftpositioner. Det har dock visat sig att pelotonformationer kan sänka individuella förares energiförbrukning.

Truscotts team fann att gruppstrukturer förändras nära slutet av ett lopp när pelotonformen förlängs, vilket tyder på en inskränkning av synfältet när loppet accelererar. När ryttarnas hjärtfrekvens ökar, deras synfält smalnar av på grund av fysiologiska begränsningar av människokroppen. Detta minskar perceptionsfältet vilket leder till att pelotonen sträcks ut. Enligt studien, dessa upphetsningsberoende neurologiska effekter sätter det lokala arrangemanget för cyklister, mekanismerna för interaktion och den implicita kommunikationen över gruppen av cyklister.

"Med andra ord, den visuella förmågan hos individuella ryttare styr den underliggande formen, svar på förändringar i vägen och avståndet mellan individer, sa Truscott.

Forskarna säger att de förväntar sig att deras mekanistiska beskrivning av pelotonen kommer att möjliggöra en mer detaljerad förståelse av interaktionsprinciperna för kollektivt beteende hos en mängd olika djur och hjälpa till att formulera nya sätt att förutsäga beteende.

Resultaten kommer att utveckla en bättre förståelse för hur system med tusentals individer kan arbeta tillsammans för att utföra gruppuppgifter. Detta arbete skulle kunna sätta ramarna för att styra ett nätverk av enskilda maskiner som robotar eller autonoma fordon.